沿氧化石墨烯（制造技术

本发明专利技术公开了一种

【技术实现步骤摘要】
沿氧化石墨烯(001)面层间生长材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及电化学传感材料
，具体是一种沿氧化石墨烯
(001)
面层间生长材料及其制备方法与应用
。

技术介绍

[0002]全固态离子选择性电极因其操作简单
、
易于小型化
、
成本低
、
可规模化生产等优越特性而备受关注
。
固体接触层通常用作离子选择膜和底层电子导体之间的离子
‑
电子转导层，以避免因界面电位不明确而导致的电极潜在稳定性问题，如电位漂移等
。
固体接触层的高疏水能力
(
界面水层效应
)
和足够大的膜界面电容是电位稳定性的关键
。
具有大表面积及高的双层电容的疏水材料作为固体接触层的全固态离子选择性电极，显示出较高的电位稳定性
。
例如，
Gan
等人通过具有低表面能的氟烷基
、
硅烷基实现
Ti3C2Tx
的超疏水功能化，开发了一种基于
MXene
的高可靠性微型
pH
传感器，有效的抑制了界面水层的形成
。Yin
等人利用疏水十八胺官能化氧化石墨烯开发了一种可有效抑制界面水层的钙离子选择性电极，极大地稳定了电极电位
。
然而，表面化学改性通常具有局限性：它们会破坏材料本身的固有属性，如导电性等
。
此外，/>Niu
等人提出碳材料的高疏水性和电容往往难以同时兼顾，电容效应往往占据主导地位
。
[0003]具有优异导电性
、
稳定性及可控微
‑
中
‑
宏观结构的石墨烯，突破了传统的碳材料在能量存储领域的天花板
。2012
年
Niu
等人首次将石墨烯纳米片引入离子选择性电极，实现了钾离子的连续一周的稳定检测
。
然而，
2D
石墨烯纳米片在强范德华相互作用下易堆叠聚集，使得孔隙率和孔体积降低，极大的限制了其电容性能
。
据报道，造孔工程和杂原子掺杂是增强碳材料双层电容的有效途径
。Gao
等人首次利用化学气相沉积开发了基于高孔隙率石墨烯的可穿戴实时监测装置，实现了对钠离子的高灵敏检测
。Lai
等人使用三维有序大孔碳作为固体接触层可有效抑制水层的形成，进而实现了银离子的亚纳摩尔检测极限的应用
。Xu
等人利用基于具有高孔隙率和富
N
掺杂的多孔碳复合碳纳米管实现了钙离子的低水平检测
。
可见，利用造孔工程和杂原子掺杂，能够有效增加碳材料的电化学活性表面积
(ECSA)
和电容量，增加界面离子
‑
电子转换面积，缩短离子扩散长度，进而稳定界面电位
。
[0004]具有高电化学稳定性等优点的氮掺杂碳材料已被证明是有前途的固体接触层
。
其中，
MOF
衍生碳材料不仅保留了
MOF
原始所具备的高孔隙率
、
疏水性和极高的比表面积等固有性质，其富氮元素和微
‑
中
‑
介孔结构，为调控
N
掺杂及高介
/
微孔率提供了有效调节平台
。
据报道，可调多孔骨架的三维石墨烯
/MOF
架构可有效防止石墨烯纳米片的聚集
。
此外，构筑复杂表面纹理的还原氧化石墨烯
(rGO)
不仅可充当精细电子传输的骨架促进质量传输，还能极大的改善表面润湿性能
。

技术实现思路

[0005]鉴于此，本专利技术提出了一种
ZIF
‑8沿石墨烯
(001)
晶面成核生长自组装材料的制备方法，以解决石墨烯片层堆积抑制电容问题，同时调控了石墨烯表面疏水性；还原自组装所
形成的分级微
‑
介孔结构的高疏水
NPCs@rGO
‑
950
微球显示出超高的电容量
(49.57mF cm
‑2)
和优异的疏水性能
(
接触角
135.8
°
)。
此外，本专利技术构筑了一种基于其衍生碳材料
NPCs@rGO
‑
950
的全固态钙离子选择性电极，实现了钙离子的超低水平检测
(10
‑
7.81
M)。
本专利技术为氧化石墨烯的
(001)
晶面间距调控提供了新思路，同时也为石墨烯材料电容及疏水性的定向调控提供了可行性方法
。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]本专利技术一方面公开了一种沿氧化石墨烯
(001)
面层间生长材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)
将氧化石墨烯纳米片与六水硝酸锌加入去离子水中，超声充分分散，得到
Zn
2+
‑
GO
分散液；
[0009](2)
搅拌条件下，将2‑
甲基咪唑的水溶液逐滴加入
Zn
2+
‑
GO
分散液中，滴加完成后继续搅拌
10min
并立即取样，经离心分离
、
洗涤
、
冷冻干燥后，得到
ZIF
‑8‑
GO
‑
10
；
[0010](3)
将所述
ZIF
‑8‑
GO
‑
10
超声分散到纯水中，得到
ZIF
‑8‑
GO
‑
10
分散液；将所述
ZIF
‑8‑
GO
‑
10
分散液喷射到过量的加热态二甲基硅油中，得到悬浮液，冷却至室温后洗涤所述悬浮液，离心收集所述悬浮液雾化微滴中的
ZIF
‑
8@rGO
球并做干燥处理；
[0011](4)
于
850
‑
1050℃
温度下煅烧所述
ZIF
‑
8@rGO
球，自然冷却后，得到层间打开的衍生碳材料
NPCs@rGO。
[0012]进一步的，步骤
(1)
中，所述复合产物中的氧化石墨烯的浓度为2‑
3g/L
，六水硝酸锌的浓度为
0.006
‑
0.009mol/L。
[0013]进一步的，步骤
(1)
中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种沿氧化石墨烯
(001)
面层间生长材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)
将氧化石墨烯纳米片与六水硝酸锌加入去离子水中，超声充分分散，得到
Zn
2+
‑
GO
分散液；
(2)
搅拌条件下，将2‑
甲基咪唑的水溶液逐滴加入
Zn
2+
‑
GO
分散液中，滴加完成后继续搅拌
10min
并立即取样，经离心分离
、
洗涤
、
冷冻干燥后，得到
ZIF
‑8‑
GO
‑
10
；
(3)
将所述
ZIF
‑8‑
GO
‑
10
超声分散到纯水中，得到
ZIF
‑8‑
GO
‑
10
分散液；将所述
ZIF
‑8‑
GO
‑
10
分散液喷射到过量的加热态二甲基硅油中，得到悬浮液，冷却至室温后洗涤所述悬浮液，离心收集所述悬浮液雾化微滴中的
ZIF
‑
8@rGO
球并做干燥处理；
(4)
于
850
‑
1050℃
温度下煅烧所述
ZIF
‑
8@rGO
球，自然冷却后，得到层间打开的衍...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄行九，蔡鑫，夏瑞泽，刘子豪，戴海花，赵永欢，杨猛，李培华，陈石华，宋宗银，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：