高灵敏度检测硝基化合物的纳米复合电极材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了高灵敏度检测硝基化合物的纳米复合电极材料的制备方法，该电极材料的制备包括纳米复合材料的制备和工作电极的制备。所述纳米复合电极材料具有较高的灵敏度、良好的稳定性、选择性和较宽的线性范围。本发明专利技术制备过程可控，重复性好，稳定性高，为硝基化合物的高灵敏度电化学检测提供了一种可行的方法。的高灵敏度电化学检测提供了一种可行的方法。的高灵敏度电化学检测提供了一种可行的方法。

【技术实现步骤摘要】
高灵敏度检测硝基化合物的纳米复合电极材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及电分析化学与废水处理领域，尤其是提供了一种高灵敏度检测硝基化合物的纳米复合电极材料的制备方法。

技术介绍

[0002]硝基化合物是烃分子中一个或多个氢原子被硝基取代后生成的衍生物，多用作医药、染料、香料、炸药、农药等化工行业的重要化工原料和中间体。如对硝基苯酚是非处方药物扑热息痛和非那西丁的制备原料，部分多硝基化合物如三硝基甲苯、三亚甲基三硝胺、硝化甘油等物质具有很强的爆炸性，也是废水中危害较大的环境污染物，对水体环境安全造成了极大的威胁。另一方面，此类物质大多含有苯环，不易实现生物降解，且具有极大的生物毒性。由于此类物质所表现出的难溶于水、化学性质稳定、可生化性差、高毒性与致癌致突变性等特点，已被世界多个国家的环保局列为优先控制污染物。因此，硝基化合物的快速、灵敏检测具有重要的现实意义。目前，可采用的方法包括光谱法、液相色谱
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质谱法、高效液相色谱法、荧光法等一系列方法，但这些方法存在操作复杂、成本高的问题。电化学方法与其他传统方法相比，因其操作简单、检测快、体积小、成本低、选择性好等优点而备受关注。在实际的检测过程中，裸电极往往无法满足检测的需要。因此，选择合适的电催化材料是非常需要的。
[0003]近年来，金属纳米粒子因其具有较多的活性位点和良好的导电性，在电化学检测和催化领域受到越来越多的关注。常见的铂、钯和金等贵金属资源稀缺，成本较高。金属铜价格较低，但也具有易被氧化、易团聚和催化活性相对较差等缺点。类沸石咪唑酯骨架化合物(ZIFs)是一类新型的金属有机骨架材料(MOFs)，ZIFs材料具有MOFs材料的多孔性，大比表面积，稳定性高等优良特性。其中，ZIF
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8在传感、催化、气体分离等方面具有巨大的应用潜力，是为数不多的商用MOFs之一。本专利技术采用一步法制备了负载铜纳米粒子的MOF基衍生物，进一步通过直接煅烧制备了基于多孔碳骨架的Cu纳米复合材料，以提高材料性能，实现对对硝基化合物的高灵敏电化学检测(灵敏度＞5μA
·
ppb
‑1·
cm
‑2)。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种高灵敏度检测硝基化合物的纳米复合电极材料的制备方法，可以在溶解氧的存在下有效地进行电化学检测，从而避免了在检测操作之前去除氧气的需要。同时材料对常见的金属离子、无机离子和有机物具有良好的抗干扰能力。还可以操作传感系统，使得硝基化合物的可检测浓度低于20ppb甚至更低，并且检测时间小于20秒，非常适合现场监测。
[0005]一种高灵敏度检测硝基化合物的纳米复合电极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0006]步骤(1)、将摩尔比为1:0.5～1:9的硝酸铜和硝酸锌/钴溶于无水甲醇中；
[0007]步骤(2)、将一定量的2
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甲基咪唑溶于无水甲醇中，超声分散使其充分溶解；
[0008]步骤(3)、将步骤(2)中得到的溶液逐滴滴加至步骤(1)中，室温搅拌反应1～24h得
到中间产物，将中间产物用无水甲醇洗涤3
‑
5次，离心分离，55～70℃真空干燥12h；
[0009]步骤(4)、将步骤(3)中得到中间产物在惰性气体保护下高温煅烧1
‑
4h，得到具有立体骨架结构的Cu纳米复合材料。
[0010]步骤(5)、将步骤(4)中得到的Cu纳米复合材料经充分研磨后，与5wt％nafion溶液及乙醇按照一定比例混合，并超声分散0.5～2h，制成分散液，作为电化学检测硝基化合物的电极活性材料。
[0011]步骤(6)、将步骤(5)中分散液涂覆于电极基底上，作为检测硝基化合物的工作电极使用。
[0012]本专利技术中，优选的，所述步骤(1)的硝酸铜和硝酸锌/钴的摩尔比为1:0.5～1:9。
[0013]本专利技术中，优选的，所述步骤(1)的硝酸锌/钴为硝酸锌、硝酸钴或硝酸锌和硝酸钴的混合物。
[0014]本专利技术中，优选的，所述步骤(2)中2
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甲基咪唑与步骤(1)中硝酸盐的摩尔比为8:1～100:1。
[0015]本专利技术中，优选的，所述步骤(4)的惰性气体包括氮气或氮气与氩气的混合气体。
[0016]本专利技术中，优选的，所述步骤(4)的高温煅烧温度范围为750～900℃。高温煅烧升温速率为2～5℃/min。
[0017]本专利技术中，优选的，所述步骤(4)的Cu纳米复合材料中铜纳米粒子的粒径为10～20nm。
[0018]本专利技术中，优选的，所述步骤(5)的分散液中Cu纳米复合材料与5wt％nafion溶液的质量比范围为1:4～1:20，Cu纳米复合材料与乙醇的质量比范围为1:200～1:500。
[0019]本专利技术中，优选的，所述步骤(6)中的电极可以是玻碳、导电玻璃或印刷电极。
[0020]本专利技术中，优选的，所述硝基化合物中硝基的个数为1、2、3或4。
[0021]与现有技术相比本专利技术的有益效果体现在：
[0022](1)铜纳米粒子负载在三维立体多孔碳材料上，因而所制备的铜纳米复合材料具有较高的灵敏度、良好的稳定性、选择性和较宽的线性范围，可以更好地吸附并对硝基化合物产生响应。
[0023](2)本专利技术提供的制备方法步骤简单，重复性好，过程易于控制，技术易推广应用。
附图说明
[0024]本专利技术的上述和附加的方面的优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，说明如下：
[0025]图1为本专利技术实施例1制备Cu纳米复合材料的TEM图；
[0026]图2为本专利技术实施例1中制备Cu纳米复合材料的的XRD图；
[0027]图3为本专利技术制备的50％铜含量的Cu纳米复合电极材料(实线a)与裸玻碳电极(实线b)和不含铜纳米粒子的复合电极材料(虚线c)对1ppm对硝基苯酚的电流响应图对比；其中a曲线是整条的，用的是循环伏安法的CV曲线，另外b、c两条曲线也是一圈循环的，只是附图展示出来看不太明显。
[0028]具体实施方法
[0029]实施例1
[0030]一种高灵敏度检测硝基化合物的纳米复合电极材料制备方法如下：
[0031]步骤(1)准确称取2.5mmol的硝酸铜和2.5mmol硝酸锌于100mL的烧杯中，加入56.5mL的无水甲醇，超声使混合物充分溶解。
[0032]步骤(2)准确称取40mmol的2
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甲基咪唑于100mL的烧杯中，加入56.5mL的无水甲醇，超声使其充分溶解。
[0033]步骤(3)将步骤(2)中得到的溶液逐滴滴加至步骤(1)中，室温搅拌反应24h得到中间产物，将中间产物用无水甲醇洗涤3
‑
5次，离心分离，60℃真空干燥12h；
[0034]步骤(4)将步骤(3)中得到中间产物置于管式炉中，在惰性气体保护下，2℃/min升温至850℃，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高灵敏度检测硝基化合物的纳米复合电极材料的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：步骤(1)、将摩尔比为1:0.5～1:9的硝酸铜和硝酸锌/钴溶于无水甲醇中；步骤(2)、将2
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甲基咪唑溶于无水甲醇中，超声分散使其充分溶解；其中，2
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甲基咪唑与步骤(1)中硝酸盐的摩尔比为8:1～100:1；步骤(3)、将步骤(2)中得到的溶液逐滴滴加至步骤(1)中，室温搅拌反应1～24h得到中间产物，将中间产物用无水甲醇洗涤3
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5次，离心分离，55～70℃真空干燥12h；步骤(4)、将步骤(3)中得到中间产物在惰性气体保护下高温煅烧1
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4h，得到具有立体骨架结构的Cu纳米复合材料；步骤(5)、将步骤(4)中得到的Cu纳米复合材料经充分研磨后，与5wt％nafion溶液及乙醇按照一定比例混合，并超声分散0.5～2h，制成分散液，作为电化学检测硝基化合物的电极活性材料；步骤(6)、将步骤(5)中分散液涂覆于电极基底上，作为检测硝基化合物的工作电极使用。2.根据权利要求1所述纳米复合电极材料的...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦笑梅，刘楠，赵建波，桂阳海，杨世豪，毛渐升，关义文，李瑶，郭会师，孙雨安，
申请(专利权)人：郑州轻工业大学，
类型：发明
国别省市：