一种尖端嵌入纳米颗粒的多孔微针电极及其制备和应用制造技术

本发明专利技术涉及电化学分析领域，具体的说是一种尖端嵌入纳米颗粒的多孔微针电极及其制备和应用。以镍铬合金针制备微针电极本体；对上述微针电极的尖端部位通过电化学刻蚀方式，使微针电极尖端形成紧密排列的纳米孔道；其中，纳米孔道覆盖整个电极尖端；通过脉冲电沉积法将金属颗粒嵌入至上述获得尖端紧密排列有纳米孔道的微针电极的纳米孔道内。本发明专利技术所述微针电极的尖端多孔结构，还可以对纳米孔道内的纳米颗粒起到保护作用，防止纳米颗粒在检测过程中脱落，使得所制备的电极具有良好的稳定性和更长的使用寿命，可以广泛用于不同样品中不同污染物的高灵敏、高稳定检测。高稳定检测。高稳定检测。

【技术实现步骤摘要】
一种尖端嵌入纳米颗粒的多孔微针电极及其制备和应用


[0001]本专利技术涉及电化学分析领域，具体的说是一种尖端嵌入纳米颗粒的多孔微针电极及其制备和应用。

技术介绍

[0002]基于伏安法的化学修饰电极的研究，一直是电化学传感器的研究热点。电化学伏安分析法具有仪器设备简单、操作简便、灵敏度高、易于小/微型化和自动化等优势，在生物医学、食品、工业及环境分析等领域得到了广泛应用。电化学伏安分析法的核心是工作电极。传统的工作电极是汞电极，但汞已经被很多国家列为禁止使用的环境剧毒污染物，而且其在制作和储存等方面的都有着特殊要求。因此，人们对绿色环保、可代替汞的化学修饰电极进行了越来越多的关注。
[0003]早期的研究，人们直接将具有良好电化学催化性能的纳米材料负载到常规固体电极如玻碳电极、金电极、铂电极等的表面，制备化学修饰电极，以提高电极检测的灵敏度。但研究发现，此类电极由于基底固体电极的面积较大，使得背景电流较大，灵敏度较低。后来人们研究发现，通过将基底固体电极的体积缩小，制备微型化的电极，可以提高电极的传质速率，降低平衡时间，提高电极检测的灵敏度。因此，基于微型化固体电极的化学修饰电极引起了分析领域研究人员的广泛关注。在已有的文献报道中，金丝、铱丝、碳纤维等已经被广泛用于制备化学修饰微型电极的基底电极材料。然而，由于微型电极的体积小、表面光滑、比表面积小、活性结合位点少，目前采用的直接电沉积法、物理溅射法等所制备的修饰微型电极仅能负载少量的具有优异性能的纳米材料。为提高微型电极对纳米材料的负载量，目前已有在微型电极表面物理溅射导电层后，通过电沉积金属合金，然后将合金中活泼金属去除掉以形成多孔金属修饰层，以提高负载量及反应面积的研究；上述负载的微型电极可以提升所制得的传感器的灵敏度。但是，微型电极表面非常光滑，缺乏足够的结合位点来负载纳米材料，同时，光滑的电极表面无法对负载其上的纳米材料进行有效的保护，导致在检测过程中，上述所修饰的纳米材料容易从电极表面脱落，造成检测性能降低，稳定性较差，从而限制了修饰微型电极的广泛应用。
[0004]因此，基于微型电极本体的表面结构改性，在增大比表面积的同时，有效提高电极稳定性的研究，将为化学修饰电极的发展开辟新的研究方向。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种尖端嵌入纳米颗粒的多孔微针电极及其制备和应用。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种尖端嵌入纳米颗粒的多孔微针电极的制备方法：
[0008]a.以镍铬合金针制备微针电极本体；
[0009]b.对上述微针电极的尖端部位通过电化学刻蚀方式，使微针电极尖端形成紧密排列的纳米孔道；其中，纳米孔道覆盖整个电极尖端，孔道直径在300
‑
900nm之间；
[0010]c.通过脉冲电沉积法将金属颗粒嵌入至上述获得尖端紧密排列有纳米孔道的微针电极的纳米孔道内。
[0011]所述步骤b中，以镍铬合金微针电极作为工作电极，石墨电极作为辅助电极，将上述两电极置于刻蚀液中，采用恒电位法进行电化学刻蚀，在微针电极尖端形成紧密排列的纳米孔道。
[0012]所述电化学刻蚀的刻蚀电位为1
‑
5V，刻蚀时间为30
‑
180s；
[0013]优选，所述电化学刻蚀的刻蚀电位为2V，刻蚀时间为120s。
[0014]所述刻蚀液成分为0.2
‑
0.5wt％的氟化铵，2
‑
5vol％的乙二醇和95
‑
98vol％的去离子水。
[0015]优选，所述刻蚀液成分为0.3wt％的氟化铵，2vol％的乙二醇和98vol％的去离子水。
[0016]所述镍铬合金微针电极本体的尖端为电极传感区域，顶端为电极导线，其余部位涂有绝缘层；其中，尖端部位长度为0.5
‑
1mm，占微针电极本体长度的0.5％
‑
1.2％，顶端为微针电极本体长度的30％
‑
50％。
[0017]所述步骤c中，以上述获得尖端紧密排列有纳米孔道的微针电极作为工作电极，通过脉冲电沉积法将纳米颗粒沉积在微针电极尖端的纳米孔道内，即得尖端嵌入纳米颗粒的多孔微针电极。
[0018]进一步的说，以去离子水对所述尖端紧密排列有纳米孔道的微针电极进行清洗后，作为工作电极，结合铂电极作为辅助电极和银/氯化银作为参比电极，置于不同金属纳米颗粒的电镀液中，以三段脉冲电位、时间序列进行循环，在尖端紧密排列的纳米孔道内沉积金属纳米颗粒，其中，金属纳米颗粒的尺寸在20
‑
500nm之间。
[0019]所述三段脉冲电位、时间序列为：
‑
0.5
‑
0.6V，4
‑
6ms；0.1
‑
0.15V，26
‑
35sm；0
‑
0.1V，900
‑
1200ms；优选所述三段脉冲电位、时间序列为：
‑
0.5V，4ms；0.1V，26sm；0V，900ms。
[0020]所述三段脉冲电位、时间序列的循环次数为9
‑
12次；优选，所述三段脉冲电位、时间序列的循环次数为9次。
[0021]所述电镀液为含有不同金属纳米颗粒前驱体的溶液；其中，待检测离子为金属离子(铜、铅、镉、锌、铁、铬、汞、镍等)、非金属离子(砷、硒、氧等)、pH、硝酸根、亚硝酸根、磷酸根、硅酸根中的一种或几种；
[0022]所述电镀液为将不同金属纳米颗粒前驱体通过水或其他有机溶液进行溶解，获得溶液。
[0023]而后，根据沉积操作优化沉积条件，确定电镀液浓度等。
[0024]再进一步的说所述电镀液为氯金酸、硝酸银、硫酸铜、氯铂酸、氯钯酸钠、硝酸铋中的至少一种。
[0025]一种制备所得尖端嵌入纳米颗粒的多孔微针电极，按所述方法制备微针本体尖端表面布满紧密排列有纳米孔道，且，孔道内均匀沉积金属纳米颗粒的尖端嵌入纳米颗粒的多孔微针电极。
[0026]尖端嵌入纳米颗粒的多孔微针电极的应用，所述尖端嵌入纳米颗粒的多孔微针电极在检测不同离子中的应用。
[0027]本专利技术的优点在于：
[0028]1.本专利技术的微针电极，通过电化学刻蚀在其尖端形成紧密排列的纳米孔道，该结构可以显著增大电极的比表面积，增加电极对纳米颗粒的活性结合位点，使得电极可以结合更多具有优异电化学催化性能的纳米颗粒，使得电极对待测物的检测响应更加灵敏，具有更高的灵敏度和更低的检出限。
[0029]2.本专利技术通过电化学刻蚀在其尖端形成紧密排列的纳米孔道，然后将具有优异电化学催化性能的纳米颗粒沉积在了电极尖端的纳米孔道内，获得尖端嵌入纳米颗粒的多孔微针电极。同未经电化学刻蚀的具有光滑表面的微针电极相比，纳米颗粒可以沉积在本专利技术的微针电极尖端的纳米孔道内，而纳米孔道会对其内的纳米颗粒起道有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种尖端嵌入纳米颗粒的多孔微针电极的制备方法，其特征在于：a.以镍铬合金针制备微针电极本体；b.对上述微针电极的尖端部位通过电化学刻蚀方式，使微针电极尖端形成紧密排列的纳米孔道；其中，纳米孔道覆盖整个电极尖端，孔道直径在300
‑
900nm之间；c.通过脉冲电沉积法将金属颗粒嵌入至上述获得尖端紧密排列有纳米孔道的微针电极的纳米孔道内。2.按权利要求1所述的尖端嵌入纳米颗粒的多孔微针电极的制备方法，其特征在于：所述步骤b中，以镍铬合金微针电极作为工作电极，石墨电极作为辅助电极，将上述两电极置于刻蚀液中，采用恒电位法进行电化学刻蚀，在微针电极尖端形成紧密排列的纳米孔道。3.按权利要求2所述的尖端嵌入纳米颗粒的多孔微针电极的制备方法，其特征在于：所述电化学刻蚀的刻蚀电位为1
‑
5V，刻蚀时间为30
‑
180s；所述刻蚀液成分为0.2
‑
0.5wt％的氟化铵，2
‑
5vol％的乙二醇和95
‑
98vol％的去离子水。4.按权利要求1或2所述的尖端嵌入纳米颗粒的多孔微针电极的制备方法，其特征在于：所述镍铬合金微针电极本体的尖端为电极传感区域，顶端为电极导线，其余部位涂有绝缘层；其中，尖端部位长度为0.5
‑
1mm，占微针电极本体长度的0.5％
‑
1.2％，顶端为微针电极本体长度的30％
‑
50％。5.按权利要求1所述的尖端嵌入纳米颗粒的多孔微针电极的制备方法，其特征在于：所述步骤c中，以上述获得尖端紧密排列有纳米孔道的微针电极作为工作电极，通过脉冲电沉积法将纳米颗粒沉积在微针电极尖端...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩海涛，潘大为，于顺洋，
申请(专利权)人：中国科学院烟台海岸带研究所，
类型：发明
国别省市：