基于单壁碳纳米管复合多孔松果生物炭修饰的全固态离子选择性电极及制法制造技术

本发明专利技术提供一种基于单壁碳纳米管复合多孔松果生物炭修饰的全固态离子选择性电极及制法。该全固态离子选择性电极包括：导电基底、修饰于导电基底外表面上的多孔松果生物炭固态转导层、修饰于多孔松果生物炭固态转导层外表面上的单壁碳纳米管层，以及修饰于单壁碳纳米管层外表面上的离子选择性膜层；多孔松果生物炭固态转导层的厚度为0.05～0.1mm；单壁碳纳米管层的厚度为0.05～0.1mm；离子选择性膜层的厚度为0.05～0.15mm。该全固态离子选择性电极具有更好的离子电子转化效率、导电性能和电容性能，且疏水性好、电位稳定性；能够大幅度提高离子检测的灵敏度、稳定性和可重复性。稳定性和可重复性。稳定性和可重复性。

【技术实现步骤摘要】
基于单壁碳纳米管复合多孔松果生物炭修饰的全固态离子选择性电极及制法


[0001]本专利技术属于电化学分析
，具体涉及一种基于单壁碳纳米管复合多孔松果生物炭修饰的全固态离子选择性电极及制法。

技术介绍

[0002]离子选择性电极是一类重要的电化学传感器，其检测的原理是基于敏感膜的电位响应与待测物质的活度关系符合能斯特方程。相比于其它传感器，离子选择性电极以其原理简单、制备容易、操作便捷、选择性高、响应迅速、价格低廉、无损检测、适用面广等优势而备受关注，在环境监测、临床诊断和生物医学分析等领域已得到广泛的应用。与传统的含有内充液的玻璃离子选择性电极相比，全固态离子选择性电极更坚固耐用，没有内充液外漏等问题，维护容易，结构简单且易于微型化，使离子选择性电极有更广阔的应用前景。
[0003]全固态离子选择性电极主要由导电基底、固体转导层和离子选择性聚合物膜等三部分组成，其中起主要电子传递作用的是固体转导层，不同转导层材料在离子选择性电极的应用上具有差异性，目前常用的转导层材料有导电聚合物、新型碳纳米材料和金属纳米材料这三类，导电聚合物材料是最早应用在电极转导层的材料，但因其氧化还原电容和导电率低，故未被广泛应用；碳纳米材料易于合成，电化学性能、物理性质和化学稳定性较好；金属纳米材料具有高导电性和大的比表面积，表现优异，主要用金、银等贵金属材料合成，故造价高，应用范围比较受限。

技术实现思路

[0004]基于现有技术存在的缺陷，本专利技术的第一目的在于提供一种基于单壁碳纳米管复合多孔松果生物炭修饰的全固态离子选择性电极；本专利技术的第二目的在于提供该全固态离子选择性电极的制备方法。
[0005]本专利技术的目的通过以下技术手段得以实现：
[0006]一方面，本专利技术提供一种基于单壁碳纳米管复合多孔松果生物炭修饰的全固态离子选择性电极，该全固态离子选择性电极包括：
[0007]导电基底、修饰于导电基底外表面上的多孔松果生物炭固态转导层、修饰于多孔松果生物炭固态转导层外表面上的单壁碳纳米管层，以及修饰于单壁碳纳米管层外表面上的离子选择性膜层；
[0008]所述多孔松果生物炭固态转导层的厚度为0.05～0.1mm；所述单壁碳纳米管层的厚度为0.05～0.1mm；所述离子选择性膜层的厚度为0.05～0.15mm。
[0009]传统的含有内充液的玻璃离子选择性电极具有抗干扰能力差、电势不稳定以及体型大等缺陷；本专利技术的全固态离子选择性电极中，采用多孔松果生物炭作为固态转导层，通过选择KOH活化剂进行活化碳材料，达到造孔的目的，具有较大的比表面积以及孔径，从而提高材料的比表面积和孔隙率，提高电容性能；不仅如此，多孔松果生物炭的化学稳定性
好，具有可逆的离子电子信号转换性能，同时具备较好的疏水性，增大了与离子选择性膜的接触面积，能够提供一个理想的不可极化界面，具有高自交换电流密度。此外，本专利技术还通过在固体转导层上修饰上一层单壁碳纳米管层，用来提高电极转导层的导电性和疏水性，使其疏水性好、导电性好、电阻小。
[0010]上述的全固态离子选择性电极中，优选地，所述导电基底包括石墨电极、玻碳电极、铂电极或金电极，但不限于此。
[0011]上述的全固态离子选择性电极中，优选地，制备所述离子选择性膜层的原料组分包括：
[0012]溶质和4～8倍溶质总质量的溶剂；
[0013]所述溶质以质量百分比为100％计，包括：0.5％～4％的离子载体、25％～35％的聚合物、60％～70％的增塑剂、0.5％～1.5％的阳离子交换剂。
[0014]上述的全固态离子选择性电极中，优选地，所述溶剂包括四氢呋喃，但不限于此。
[0015]上述的全固态离子选择性电极中，优选地，所述的离子载体为非导电高分子聚合物。
[0016]上述的全固态离子选择性电极中，优选地，所述离子载体包括钙离子载体、钾离子载体和钠离子载体中的一种或多种，但不限于此。
[0017]上述的全固态离子选择性电极中，优选地，所述钙离子载体包括ETH 1001、10,19
‑
双[(十八烷基氨基甲酰基)甲氧基乙酰基]‑
1,4,7,13,16
‑
五氧杂
‑
10,19
‑
二氮杂环二十一烷、(
‑
)
‑
(R,R)
‑
N,N
′‑
二
‑
[11
‑
(乙氧羰基)十一烷基]‑
N,N
′
,4,5
‑
四甲基
‑
3,6
‑
二氧杂辛烷
‑
二酰胺、二乙基N,N
′‑
[(4R,5R)
‑
4,5
‑
二甲基
‑
1,8
‑
二氧代
‑
3,6
‑
二氧杂亚辛基]双(12
‑
甲氨基月桂酸酯)、N,N,N
′
,N
′‑
四[环己基]二甘醇酸二酰胺、N,N,N
′
,N
′‑
四环己基
‑3‑
氧杂戊二酰胺和叔丁基
‑
杯[4]芳烃四[2
‑
(二苯基磷酰基)乙醚]中的一种或多种，但不限于此。
[0018]上述的全固态离子选择性电极中，优选地，所述钾离子载体包括缬氨霉素、4
‑
叔
‑
丁基
‑
2,2,14,14
‑
四乙基取代
‑
2a,14a,二氧桥杯[4]芳烃
‑
四乙酸四叔丁酯、双[(苯并
‑
15
‑
冠
‑
5)－4
′‑
基甲基]庚二酸酯和2
‑
十二烷基
‑2‑
甲基
‑
1,3
‑
丙二基双[N
‑
[5
′‑
硝基(苯并
‑
15
‑
冠
‑
5)
‑4′‑
基]氨基甲酸酯]中的一种或多种，但不限于此。
[0019]上述的全固态离子选择性电极中，优选地，所述钠离子载体包括N,N
′
,N
″‑
三庚基
‑
N,N
′
,N
″‑
三甲基
‑
4,4
′
,4
″‑
次丙基三(3
‑
氧杂丁酰胺)、N,N
′‑
二苄基
‑
N,N
′‑
二苯基
‑
1,2
‑
苯二氧基二乙酰胺、N,N,N
′
,N
′‑
四环己基
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于单壁碳纳米管复合多孔松果生物炭修饰的全固态离子选择性电极，该全固态离子选择性电极包括：导电基底、修饰于导电基底外表面上的多孔松果生物炭固态转导层、修饰于多孔松果生物炭固态转导层外表面上的单壁碳纳米管层，以及修饰于单壁碳纳米管层外表面上的离子选择性膜层；所述多孔松果生物炭固态转导层的厚度为0.05～0.1mm；所述单壁碳纳米管层的厚度为0.05～0.1mm；所述离子选择性膜层的厚度为0.05～0.15mm。2.根据权利要求1所述的全固态离子选择性电极，其中，所述导电基底包括石墨电极、玻碳电极、铂电极或金电极。3.根据权利要求1所述的全固态离子选择性电极，其中，制备所述离子选择性膜层的原料组分包括：溶质和4～8倍溶质总质量的溶剂；所述溶质以质量百分比为100％计，包括：0.5％～4％的离子载体、25％～35％的聚合物、60％～70％的增塑剂、0.5％～1.5％的阳离子交换剂；优选地，所述溶剂包括四氢呋喃。4.根据权利要求3所述的全固态离子选择性电极，其中，所述的离子载体为非导电高分子聚合物；优选地，所述离子载体包括钙离子载体、钾离子载体和钠离子载体中的一种或多种；优选地，所述钙离子载体包括ETH 1001、10,19
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双[(十八烷基氨基甲酰基)甲氧基乙酰基]
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1,4,7,13,16
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五氧杂
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10,19
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二氮杂环二十一烷、(
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)
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(乙氧羰基)十一烷基]
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N,N
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四甲基
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二氧杂辛烷
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二酰胺、二乙基N,N
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4,5
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二甲基
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1,8
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二氧代
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3,6
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二氧杂亚辛基]双(12
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甲氨基月桂酸酯)、N,N,N
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,N
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四[环己基]二甘醇酸二酰胺、N,N,N
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,N
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四环己基
‑3‑
氧杂戊二酰胺和叔丁基
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杯[4]芳烃四[2
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(二苯基磷酰基)乙醚]中的一种或多种；优选地，所述钾离子载体包括缬氨霉素、4
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叔
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丁基
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2,2,14,14
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四乙基取代
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2a,14a,二氧桥杯[4]芳烃
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四乙酸四叔丁酯、双[(苯并
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基甲基]庚二酸酯和2
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十二烷基
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15
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冠
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基]氨基甲酸酯]中的一种或多种；优选地，所述钠离子载体包括N,N
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三庚基
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N,N
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″‑
三甲基
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4,4
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,4
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次丙基三(3
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【专利技术属性】
技术研发人员：王春霞，黄国勇，王锡民，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：