一种基于聚苯胺的pH敏感的阳极智能开关及其应用，属于导电高分子聚合物的技术领域，包括以含负电荷探针的磷酸盐缓冲溶液为电解液，至少包括以修饰有聚苯胺膜的电极为工作电极的电极系统。PANI（聚苯胺）膜电极对负电荷探针有pH敏感开关效应，可以作为生物电化学阳极智能开关。在修饰有聚苯胺膜的工作电极上固定葡萄糖氧化酶后，用来调控以负电荷探针为氧化还原媒介体，葡萄糖氧化酶电催化氧化葡萄糖的过程。还可在修饰有聚苯胺膜的工作电极上固定辣根过氧化酶后，用来调控以负电荷探针为氧化还原媒介体，辣根过氧化酶电催化还原过氧化氢的过程。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于导电高分子聚合物的
技术介绍
导电高分子又称导电聚合物，是指具有共轭π键的高分子通过化学或电化学“掺杂”使其由绝缘体转变为导体的一类高分子聚合物材料。在众多的导电聚合物当中，聚苯胺是最有前景的，因为聚苯胺原料便宜，合成简便，耐高温及抗氧化性能和环境稳定性都很好，还兼有独特的掺杂行为和良好的电化学可逆性，易成膜且膜柔软、坚韧和具有优良的电致变色性，非常便于实用化，这些性质使它优于其它的导电聚合物。因此，人们对它的合成、性质、结构和应用进行了大量的研究。通过广泛深入的研究导电聚苯胺的物理化学性质，人们已经发现它具有许多独特的光、电、磁性能。于是便产生了许多独特的应用领域。以导电聚苯胺作为基础材料，目前正在开发许多高新技术，例如全塑金属防腐技术、船舶防污技术、抗静电技术、太阳能电池、传感器器件、电致变色、电化学和催化材料，隐身技术等领域。同时以应用为目标的应用基础研究非常引人注目， 研究方向是要求导电高分子向纳米化和多功能化的方向发展。导电高分子聚苯胺受外部环境(如电位、pH等)刺激而产生相应性质(电导率)的变化，会影响阳极生物电催化反应过程中的电子传输、物质扩散等，从而实现对生物燃料电池工作状态的智能开关控制。研究导电高分子材料与生物分子之间的相互作用，用掺杂的固定方法将生物分子和氧化还原媒介体固定在导电材料修饰的电极上，实现生物催化、电子传输以及智能控制三种功能为一体。
技术实现思路
本专利技术目的是制备出一种基于聚苯胺的pH敏感的阳极智能开关。本专利技术智能开关包括以含负电荷探针的磷酸盐缓冲溶液为电解液，至少包括以修饰有聚苯胺膜的电极为工作电极的电极系统。上述负电荷探针可以为铁氰化钾或羧酸二茂铁等带负电荷的电活性探针。通过电化学方法聚合出聚苯胺薄膜修饰的电极，PANI (聚苯胺)膜电极对负电荷探针有PH敏感开关效应,在pH=4.0时,有一对峰电流很大近乎可逆的氧化还原峰,此时PANI膜对负电荷探针处于“开”的状态；PH=7.0时，氧化还原峰几乎消失，PANI膜对负电荷探针处于“关”的状态。可见本专利技术具备对PH的敏感性，可以作为生物电化学阳极智能开关。本专利技术所述修饰有聚苯胺膜的电极的制备方法是:将苯胺单体和盐酸组成的混合溶液放入三电极体系的电解池中，采用-0.2 0.9V的聚合电位、0.06v/s的扫速聚合，得到聚苯胺膜修饰的电极。本专利技术制备修饰有聚苯胺膜的工作电极的方法简单，稳定性好。作为开关使用的所述缓冲溶液包括磷酸氢二钾和磷酸二氢钾。本专利技术还提出基于聚苯胺的pH敏感电化学开关的两种应用:一种是:在修饰有聚苯胺膜的工作电极上固定葡萄糖氧化酶后，用来调控以负电荷探针为氧化还原媒介体，葡萄糖氧化酶电催化氧化葡萄糖的过程。另一种是:在修饰有聚苯胺膜的工作电极上固定辣根过氧化酶后，用来调控以负电荷探针为氧化还原媒介体，辣根过氧化酶电催化还原过氧化氢的过程。本专利技术通过电化学方法在电极上修饰聚苯胺膜，并通过不同的探针研究电极在不同PH缓冲溶液中的开关效应。可将葡萄糖氧化酶固定在PANI膜电极上，可以用来调控葡萄糖氧化酶电催化氧化葡萄糖的过程。采用本专利技术制备的阳极开关具有明显的开关效应，并且可以用来控制酶的催化氧化。如果能在生物燃料电池上安装“智能控制开关”，使其能按具体要求，可逆地、迅速地提供/切断电源，这将是富有挑战性的工作。附图说明图1为聚苯胺膜电极在含铁氰化钾探针的不同pH磷酸盐缓冲溶液中的循环伏安响应图。图2为聚苯胺膜电极在含铁 氰化钾探针的磷酸盐缓冲溶液中的循环伏安氧化峰电流与缓冲溶液PH值的关系图。图3为聚苯胺膜电极交替置于pH为4.0和7.0的含铁氰化钾探针的缓冲溶液中的氧化峰电流图。图4为聚苯胺膜电极在含 I mM K3Fe(CN)6, 0.0lM KCl, 0.2 mg mL_1 HRP和0.24mMH2O2的不同pH值的缓冲溶液中的循环伏安响应图。图5为GOD/laponite/ PANI电极在含ImM铁氰化钾、0.0lM氯化钾、5.6mM葡萄糖的不同PH值的缓冲溶液中的响应电流图。具体实施例方式一、采用电化学方法在电极上聚合聚苯胺薄膜: 三电极体系:参比电极为甘汞电极，对电极为钼丝电极，玻碳电极为工作电极。将15mL0.2mol/L苯胺单体和0.5mol/L盐酸混合溶液放入三电极体系的电解池中，采用-0.2^0.9V的聚合电位、0.06v/s的扫速、聚合圈数4进行聚合，得到聚苯胺膜修饰的电极。二、构建电化学开关，并测量PANI膜电极分别在ρΗ3.0，4.0, 5.0, 6.0, 7.0的缓冲溶液中对负电荷探针铁氰化钾的循环伏安响应: 电解池中溶液为包含ImM铁氰化钾(或羧酸二茂铁)，0.0lM氯化钾的不同pH的磷酸盐缓冲溶液。缓冲溶液为磷酸盐缓冲溶液，由磷酸氢二钾(0.lmol/L)和磷酸二氢钾(0.1mol/L)配制，并通过滴加磷酸溶液调节pH，得到pH值分别为3.0，4.0，5.0，6.0，7.0的磷酸盐缓冲溶液。三电极体系:参比电极为甘汞电极，对电极为钼丝电极，修饰有聚合聚苯胺薄膜的玻碳电极为工作电极。循环伏安电位范围为-0.2^0.8 V，扫描速率为0.lv/s。在五个电解池中分别加入溶液为包含ImM铁氰化钾(或羧酸二茂铁)和0.0lM氯化钾的不同pH的磷酸盐缓冲溶液。1、在以上五个不同电解池中，以相同的循环伏安电位电压和扫描速率测试聚苯胺膜电极在含负电荷探针铁氰化钾的不同PH值的缓冲溶液中的循环伏安响应，结果如图1、2所示。图1显示了聚苯胺膜电极对铁氰化钾探针的pH敏感开关性能，图中曲线a、b、C、d、e分别为磷酸盐缓冲溶液的pH值为3.0,4.0,5.0,6.0和7.0五个电解池中聚苯胺膜电极对铁氰化钾探针的循环伏安响应。图2显示了不同pH下，聚苯胺膜电极在含铁氰化钾探针的磷酸盐缓冲溶液中的循环伏安氧化峰电流。由图1，2可见，在pH=4.0的磷酸盐缓冲溶液中，有一对近乎可逆的氧化还原峰，峰电流很大，说明，此时聚苯胺膜对探针处于“开”的状态。随着PH的增大，峰电流急剧降低。在pH=7.0的磷酸盐缓冲溶液中，氧化还原峰几乎消失，峰电流很小，说明，此时聚苯胺膜对探针处于“关”的状态。2、将聚苯胺膜电 极交替地置于pH值分别4.0和pH 7.0的包含ImM铁氰化钾和0.0lM氯化钾的磷酸盐缓冲溶液中,可以发现氧化峰电流在最大值和最小值之间交替变化，如图3所示，说明基于聚苯胺的pH敏感开关是可逆的。三、应用: 1、聚苯胺膜开关可以用来控制以K3Fe(CN)6为氧化还原媒介体，辣根过氧化酶催化还原双氧水: 电解池中溶液为包含ImM铁氰化钾，0.0lM氯化钾，0.2mg/mL辣根过氧化酶，0.2mM双氧水的不同PH的磷酸盐缓冲溶液。参数设置:扫描电位-0.2^0.8v,扫描速度为0.002v/s。图4显示了聚苯胺膜电极可以用来控制以K3Fe(CN)6为氧化还原媒介体，辣根过氧化酶催化还原双氧水。当缓冲溶液的pH为4.0时，有一对氧化还原峰，当缓冲溶液pH为7.0时，氧化还原峰消失。2、在PANI膜电极表面用无机粘土 Iaponite固定葡萄糖氧化酶，构筑成GOD/laponite/ PANI/GCE电极，然后通过安培法测试了该电极的pH调控电催化性能: 如图本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于聚苯胺的pH敏感的阳极智能开关，其特征在于：包括以含负电荷探针的磷酸盐缓冲溶液为电解液，至少包括以修饰有聚苯胺膜的电极为工作电极的电极系统。
【技术特征摘要】
1.一种基于聚苯胺的PH敏感的阳极智能开关，其特征在于:包括以含负电荷探针的磷酸盐缓冲溶液为电解液，至少包括以修饰有聚苯胺膜的电极为工作电极的电极系统。2.根据权利要求1所述电化学开关，其特征在于所述负电荷探针为铁氰化钾或羧酸二茂铁。3.根据权利要求1所述电化学开关，其特征在于所述修饰有聚苯胺膜的电极的制备方法是:将苯胺单体和盐酸组成的混合溶液放入三电极体系的电解池中，采用-0.2 0.9V的聚合电位、0.06v/s的扫速聚合，得到聚苯胺膜修饰的电极。4.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：薛怀国，王晶晶，陆钧，许雪莲，何佳，邓安毅，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：
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