一种基于石墨烯-三氧化钼的全固态钾离子选择性电极及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种基于石墨烯‑三氧化钼的全固态钾离子选择性电极及其制备方法和应用，所述全固态钾离子选择性电极包括基体、设置在所述基体表面的转导层，以及覆盖在所述转导层表面的钾离子选择性膜，所述转导层包括石墨烯‑三氧化钼纳米复合材料。本发明专利技术使用石墨烯‑三氧化钼纳米复合材料来构建全固态钾离子选择性电极，将还原氧化石墨烯的高表面积、高导电性、高疏水性与三氧化钼的高氧化还原电容相结合，使全固态钾离子选择性电极的转导层同时拥有双电层、氧化还原电容、较强导电性和疏水性，有效地防止了电极水层的形成，对钾离子具有良好的响应以及优异的电位稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于石墨烯-三氧化钼的全固态钾离子选择性电极及其制备方法和应用
本专利技术涉及离子选择性电极
，尤其涉及一种基于石墨烯-三氧化钼的全固态钾离子选择性电极及其制备方法和应用。
技术介绍
近年来，随着可穿戴传感器的崛起，全固态离子选择性电极转导层材料的研究也成为电位传感器领域中最活跃的主题之一。已有文献报道称，具有较大氧化还原电容的导电聚合物，如聚吡咯、聚噻吩和聚苯胺等作为转导层可使全固态离子选择性电极具有较高的电容，但光、O2和CO2以及水层等因素容易影响其电位的稳定性。碳纳米管、石墨烯和富勒烯等碳基纳米材料可作为新型固体转导层应用于全固态离子选择性电极的转导层具有良好的抗干扰性，但电容相对较低，电位漂移量相对较大。因此，发展新型的转导层材料是当前全固态离子选择性电极研究重点。MoO3材料在水污染处理、电化学、光电器件等领域具有重要的应用。并且，生物体及生态系统对钼基材料有较强的自我调节和内稳定机制，使得MoO3备受研究学者的关注。MoO3具有价格低廉、合成方法简单且理论容量(2700F/g)高等特点，是一种极具潜力的赝电容电极材料。但是作为一种过渡金属氧化物，MoO3的导电性差，并且在电化学反应过程中存在溶解和结构变异的现象，因此目前文献报道的MoO3的电容值均远远低于其理论容量。石墨烯具有导电性好，结构稳定，抗干扰性强等优异的电化学性能，但是由于在制备过程中存在着不可逆转的团聚现象，文献报道石墨烯作全固态离子选择性电极的质量比电容均在～100F/g，其低电容导致其电位长期稳定性差。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种基于石墨烯-三氧化钼的全固态钾离子选择性电极，对钾离子具有良好的响应以及优异的电位稳定性。同时，本专利技术还提供所述全固态钾离子选择性电极的制备方法和应用。具体地，本专利技术采取如下技术方案：本专利技术的第一方面是提供一种全固态钾离子选择性电极，包括基体、设置在所述基体表面的转导层，以及覆盖在所述转导层表面的钾离子选择性膜，所述离转导层包括石墨烯-三氧化钼纳米复合材料。根据本专利技术第一方面的全固态钾离子选择性电极，至少具有如下有益效果：本专利技术首次利用石墨烯-三氧化钼纳米复合材料用作全固态钾离子选择性电极的转导层，将还原氧化石墨烯的高表面积、高导电性、高疏水性与三氧化钼的高氧化还原电容相结合，极大改善了石墨烯材料电位漂移的问题。在本专利技术的一些实施方式中，所述石墨烯-三氧化钼纳米复合材料在所述全固态钾离子选择性电极中的负载量为0.5～2mg/cm2。在本专利技术的一些实施方式中，所述石墨烯-三氧化钼纳米复合材料含有还原氧化石墨烯和三氧化钼，所述三氧化钼与还原氧化石墨烯的质量比为1：0.5～2，优选1：1～1.5。在本专利技术的一些实施方式中，所述钾离子选择性膜在所述全固态钾离子选择性电极中的负载量为15～25mg/cm2。在本专利技术的一些实施方式中，所述钾离子选择性膜的制备原料包括：钾离子载体、高分子聚合物、增塑剂和亲脂性大分子。在本专利技术的一些实施方式中，所述离子载体、高分子聚合物、增塑剂和亲脂性大分子的质量比例为1～4：50～100：100～200：1。在本专利技术的一些实施方式中，所述钾离子载体包括缬氨霉素。在本专利技术的一些实施方式中，所述高分子聚合物包括聚氯乙烯(PVC)、聚醋酸乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯中的任意一种或多种。在本专利技术的一些实施方式中，所述增塑剂包括癸二酸二异辛酯(DOS)、2-硝基苯辛醚、双(2-乙基己基)癸二酸酯中的任意一种或多种。在本专利技术的一些实施方式中，所述亲脂性大分子包括四(4-氯苯基)硼酸钾(KTClPB)、四(五氟苯基)硼酸钾(KTPFB)、四苯硼钠中的任意一种或多种。在本专利技术的一些实施方式中，所述基体可采用本领域通用的电极基体，例如玻碳、铜等。本专利技术的第二方面是提供上述全固态钾离子选择性电极的制备方法，包括如下步骤：将含有石墨烯-三氧化钼纳米复合材料的浆料涂覆在基体表面，干燥形成转导层；在所述转导层的表面制备钾离子选择性膜。在本专利技术的一些实施方式中，所述石墨烯-三氧化钼纳米复合材料由如下方法制得：将钼源与氧化石墨烯混合，进行水热反应，得到石墨烯-三氧化钼纳米复合材料。在本专利技术的一些实施方式中，所述水热反应的温度为150～200℃；水热反应的时间为5～15h。在本专利技术的一些实施方式中，所述钼源包括三氧化钼、钼酸铵、钼酸钠、钼酸钾或其他钼酸盐中的任意一种或多种。在本专利技术的一些实施方式中，所述三氧化钼与氧化石墨烯的质量比为1：0.5～2，优选1：1～1.5。在本专利技术的一些实施方式中，所述氧化石墨烯在水热反应的反应体系中的浓度为2～5mg/ml。在本专利技术的一些实施方式中，所述浆料的制备原料包括石墨烯-三氧化钼纳米复合材料、粘结剂、浆料溶剂；所述石墨烯-三氧化钼纳米复合材料和粘结剂的质量比为1：0.1～0.5，所述石墨烯-五氧化二铌纳米复合材料和粘结剂在浆料中的浓度为10～30mg/ml。所述粘结剂和浆料溶剂可采用本领域通用的粘结剂以及溶剂，作为示例，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯树脂(PVDF)、丁苯橡胶(SBR)、羧甲基纤维素(CMC)、聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯睛(PAN)和聚丙烯酸酯中的任意一种或多种；所述分散剂包括N-甲基吡咯烷酮(NMP)、乙醇、丙酮、乙酸乙酯中的任意一种或多种。在本专利技术的一些实施方式中，所述钾离子选择性膜的制备方法为，使钾离子载体、高分子聚合物、增塑剂和亲脂性大分子溶解于溶剂中，得到钾离子选择性膜溶液，将所述钾离子选择性膜溶液涂覆在所述转导层表面，干燥形成钾离子选择性膜。所述钾离子选择性膜溶液中，钾离子载体、高分子聚合物、增塑剂和亲脂性大分子的总浓度为80～150mg/ml；所述溶剂可选用通用的溶剂，例如四氢呋喃(THF)、环己酮、甲醇、乙腈等。本专利技术的第三方面是提供上述全固态钾离子选择性电极在检测K+中的应用。本专利技术的第四方面是提供一种可穿戴传感器，所述可穿戴传感器包括上述全固态钾离子选择性电极。相对于现有技术，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术首次使用石墨烯-三氧化钼纳米复合材料(rGO-MoO3)来构建全固态钾离子选择性电极，将还原氧化石墨烯的高表面积、高导电性、高疏水性与三氧化钼的高氧化还原电容相结合，使全固态钾离子选择性电极的转导层同时拥有双电层、氧化还原电容、较强导电性和疏水性，使电极有效地防止了电极水层的形成。实验结果表明rGO-MoO3有利于转导层和离子选择性膜之间的离子-电子电荷转移。将该转导层材料简单地滴涂到电极表面，使电极展现出良好的电化学性质，其一部分优异的性能与碳纳米管、石墨烯类似，即其本体电容来自于它本身的双电层电容，另一部分性能的氧化还原电容来自负载在石墨烯上的MoO3。本专利技术的固态钾离子选择性电极对钾离子的响应接近于能斯特响应的检测下限，在转导层与选择性膜界面之间没有形成水层，相对于纯石本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全固态钾离子选择性电极，其特征在于：包括基体、设置在所述基体表面的转导层，以及覆盖在所述转导层表面的钾离子选择性膜，所述转导层包括石墨烯-三氧化钼纳米复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种全固态钾离子选择性电极，其特征在于：包括基体、设置在所述基体表面的转导层，以及覆盖在所述转导层表面的钾离子选择性膜，所述转导层包括石墨烯-三氧化钼纳米复合材料。


2.根据权利要求1所述全固态钾离子选择性电极，其特征在于：所述石墨烯-三氧化钼纳米复合材料在所述全固态钾离子选择性电极中的负载量为0.5～2mg/cm2。


3.根据权利要求2所述全固态钾离子选择性电极，其特征在于：所述石墨烯-三氧化钼纳米复合材料含有还原氧化石墨烯和三氧化钼，所述三氧化钼与还原氧化石墨烯的质量比为1：0.5～2，优选1：1～1.5。


4.根据权利要求1所述全固态钾离子选择性电极，其特征在于：所述钾离子选择性膜在所述全固态钾离子选择性电极中的负载量为15～25mg/cm2。


5.根据权利要求1～4任一项所述全固态钾离子选择性电极，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛利，邱世平，甘世宇，钟丽杰，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：广东;44