一种基于氧化还原活性的COFs碘蒸气电化学传感器的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于氧化还原活性的COFs碘蒸气电化学传感器的制备方法，该方法包括将具有氧化还原活性的COFs加入甲醇中，得混合物，混合物转移到叉指电极的活性区域内，加热蒸发溶剂，得到碘蒸气电化学传感器。本发明专利技术的碘蒸气电化学传感器具有高稳定性、高选择性、高灵敏性，当混有碘蒸气的空气通过电化学传感器，碘被聚合物膜捕获，基于氧化还原反应，电化学传感器的阻抗快速下降，可以灵敏、快速的检测碘蒸气，制备简单，成本较低，工艺简单易生产和高吸附能力等特点，在碘蒸气传感技术等领域具有很好的应用前景。具有很好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于氧化还原活性的COFs碘蒸气电化学传感器的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种基于氧化还原活性的COFs碘蒸气电化学传感器的制备方法，属于气体传感器


技术介绍

[0002]21世纪以来，由于人口增长和工业增长，全球能源需求将继续上升，对现有的化石燃料供应构成重大压力。核能密度高、零排放，被广泛视为可持续能源发电的一种更清洁的替代能源。然而，核工业面临的最严重的问题是处理整个核燃料循环阶段产生的放射性废物。大多数放射性核素的排放发生在乏燃料后处理过程中，包括放射性碘，这是一种高度液态的气体，主要挥发成分是
129
I和
131
I。
131
I因其高活性并结合人体代谢过程产生生物毒性而备受关注，但由于其半衰期仅为8.02天，故不构成长期风险。而
129
I半衰期长(t
1/2
＝1.6
×
107y)，在地质环境中流动性强，可在大气中持续积累或通过食物链进行生物积累，直接影响人类代谢过程，对人类健康和环境造成更大的威胁。因此，在核事故和工业核燃料后处理过程中，研制响应速度高、检测速度快的气体传感器对公众和环境的安全至关重要。
[0003]近年来，金属有机框架(MOFs)和自具微孔聚合物(PIMs)这些材料具有高的比表面积和存储能力、可调节的孔径尺寸、均匀分散的活性位点和可后修饰功能化等优点，在碘分子的吸附上表现出优异的效果。共价有机框架材料(COFs)是一类新型的共价有机晶型多孔材料，通过共价键连接，具有良好的化学稳定性和热稳定性，材料均由轻质元素组成，密度低，作为晶型材料，结构规整，孔道均一，比表面积大，稳定性好和含有丰富表面官能团成为碘蒸汽理想的吸附材料。但是以上这些多孔材料通常用于捕获或吸附碘，极少进行碘蒸汽检测。
[0004]近年来，基于稳定的多孔材料制备荧光传感器用于碘蒸气的检测已有相关报道，尽管荧光检测具有明显的响应，但这种反应本质上要么是不可逆的，要么需要很长时间才能做出反应。并且检测设备昂贵，体积大，不便于携带。
[0005]电化学阻抗谱(EIS)是测定多相材料系统电响应的一个有价值的工具。在EIS中，它是通过施加在电极上的小振幅正弦电压信号来定义阻抗，从而产生可测量的电流响应。由于正弦波的频率是变化的，可在较宽的频率范围内重复测量，例如100kHz到10mHz，便于更好地理解系统的不同组成部分，可以观察到特定频率范围内所特有的过程。EIS被广泛应用于许多领域，如离子选择性电极、生物传感器和电化学传感器。总之，由于其易于使用，低成本和小型化的设备，电化学方法是一种理想的选择。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种基于氧化还原活性的COFs碘蒸气电化学传感器的制备方法。
[0007]本专利技术的碘蒸气电化学传感器具有高稳定性、高选择性、高灵敏性，当混有碘蒸气
的空气通过电化学传感器，碘被聚合物膜捕获，基于氧化还原反应，电化学传感器的阻抗快速下降，可以灵敏、快速的检测碘蒸气，解决了目前检测碘蒸气效率低，材料昂贵和响应速度慢等问题。
[0008]本专利技术是通过如下技术方案实现的：
[0009]一种基于氧化还原活性的COFs碘蒸气电化学传感器的制备方法，包括步骤如下：
[0010]1)将具有氧化还原活性的COFs加入甲醇中，超声破碎5
‑
20min，得混合物a，
[0011]2)将叉指电极置于甲醇中浸泡，氮气下干燥，空气中加热，冷却，得到预处理叉指电极，
[0012]3)将步骤1)的混合物a转移到叉指电极的活性区域内，加热蒸发溶剂，在叉指电极的活性区域内形成一层紧密附着的薄膜，得到碘蒸气电化学传感器。
[0013]根据本专利技术优选的，步骤1)中，具有氧化还原活性的COFs是按如下方法制得：
[0014]将2,4,6
‑
三羟基
‑
1,3,5
‑
三苯甲醛和2,6
‑
二氨基蒽醌，添加到均三甲苯和1,4
‑
二氧六烷的混合溶液中，超声处理以形成均匀溶液，得到混合物b，在室温下将醋酸滴加到混合物b中，在液氮浴下冷冻
‑
抽气
‑
解冻循环进行脱气；密封加热反应，冷却至室温，过滤，获得红色沉淀，分别用丙酮、二氯甲烷和乙醇洗涤，用乙醇为提取剂索氏提取，最后将产物真空干燥，制得。
[0015]根据本专利技术优选的，2,4,6
‑
三羟基
‑
1,3,5
‑
三苯甲醛与2,6
‑
二氨基蒽醌的摩尔比为(0.6
‑
1)：(1
‑
3)，2,4,6
‑
三羟基
‑
1,3,5
‑
三苯甲醛的摩尔量与混合溶液的体积比为(0.6
‑
1)mmol：(15
‑
20)mL。
[0016]根据本专利技术优选的，均三甲苯：1,4
‑
二氧六烷：醋酸的体积比为6:6:1。
[0017]根据本专利技术优选的，密封加热反应为密封反应管，在120℃加热72小时。
[0018]具有氧化还原活性的COFs的反应式如下式Ⅰ所示：
[0019][0020]根据本专利技术优选的，步骤1)中，具有氧化还原活性的COFs与甲醇的质量体积比为5
‑
15:1，单位：mg/mL。
[0021]最为优选的，步骤1)中，具有氧化还原活性的COFs与甲醇的质量体积比为10:1，单位：mg/mL。
[0022]根据本专利技术优选的，步骤2)中，叉指电极包含10对金线，线宽为80
‑
120μm，线距为80
‑
120μm，厚度为0.3
‑
0.5mm。
[0023]根据本专利技术优选的，步骤2)中，叉指电极为氧化铝衬底的Au金属叉指电极。
[0024]根据本专利技术优选的，步骤2)中，在甲醇中浸泡时间为5
‑
15min，空气中加热为在空
气中加热到70℃并持续30分钟。
[0025]一种基于氧化还原活性的COFs碘蒸气电化学传感器，采用上述方法制得。
[0026]本专利技术的技术特点及优点：
[0027]1、本专利技术的碘蒸气电化学传感器具有高稳定性、高选择性、高灵敏性，当混有碘蒸气的空气通过电化学传感器，碘被聚合物膜捕获，基于氧化还原反应，电化学传感器的阻抗快速下降，可以灵敏、快速的检测碘蒸气，是依靠电化学阻抗谱方法并结合共价有机框架聚合物来直接检测碘蒸气，并且制备简单，成本较低，工艺简单易生产和高吸附能力等特点，在碘蒸气传感技术等领域具有很好的应用前景。
[0028]2、本专利技术的碘蒸气电化学传感器响应迅速，具有高度灵敏性，室温下通入饱和碘蒸气5分钟内可出现信号响应，电阻变化约200...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于氧化还原活性的COFs碘蒸气电化学传感器的制备方法，包括步骤如下：1)将具有氧化还原活性的COFs加入甲醇中，超声破碎5
‑
20min，得混合物a，2)将叉指电极置于甲醇中浸泡，氮气下干燥，空气中加热，冷却，得到预处理叉指电极，3)将步骤1)的混合物a转移到叉指电极的活性区域内，加热蒸发溶剂，在叉指电极的活性区域内形成一层紧密附着的薄膜，得到碘蒸气电化学传感器。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，具有氧化还原活性的COFs是按如下方法制得：将2,4,6
‑
三羟基
‑
1,3,5
‑
三苯甲醛和2,6
‑
二氨基蒽醌，添加到均三甲苯和1,4
‑
二氧六烷的混合溶液中，超声处理以形成均匀溶液，得到混合物b，在室温下将醋酸滴加到混合物b中，在液氮浴下冷冻
‑
抽气
‑
解冻循环进行脱气；密封加热反应，冷却至室温，过滤，获得红色沉淀，分别用丙酮、二氯甲烷和乙醇洗涤，用乙醇为提取剂索氏提取，最后将产物真空干燥，制得。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，2,4,6
‑
三羟基
‑
1,3,5
‑
三苯甲醛与2,6
‑
二氨基蒽醌的摩尔比为(0.6
‑
1)：(1
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王新波，周婉霜，于聪，崔兆杰，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：