[發明專利]一種納米環－盤電極的制備方法

無效

• 申請號: 200710009325.6
• 申請日: 2007-08-03
• 公開（公告）號: CN101105469A
• 公開（公告）日: 2008-01-16
• 發明（設計）人: 任永強;魏奕民;商旺火;蘇建加;陳招斌;王永春;顏佳偉;毛秉偉
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: G01N27/30
• 分類號: G01N27/30;B82B3/00
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所
• 代理人: 馬應森

技術領域

本發明涉及一種電極，尤其是涉及一種納米環-盤電極的制備方法。

背景技術

在盤電極周圍同心環繞一圈環電極即構成環-盤電極。電化學反應過程中盤-環電極之間將發生電活性物質的擴散，若使環電極工作于收集狀態，則可有效地檢測盤電極上的反應中間產物，以研究復雜電化學反應的機理。然而，常規環-盤電極由于環-盤之間的距離遠大于反應物種的擴散層厚度，因此需要借助強制對流(如高速旋轉環盤)來加快傳質過程，不僅對實驗裝置有特殊要求，而且環的收集效率較低(30％)。

超微電極具有傳質速率高、充電電流小和溶液歐姆降小等優點，對快速電極反應動力學研究有獨到之處。同時，其小的幾何尺寸使其在生物檢測、傳感器以及掃描微探針技術等眾多領域有著廣泛的應用。微環-盤電極是微電極家族中獨特的一員，其小至納米尺度的盤和環及環-盤電極間距，賦予微環盤電極許多獨到的功能：將盤和環分別作為工作電極和對電極，可以減小溶液的歐姆降，實現超快速循環伏安測量；電極間物質的擴散加快，無需強制對流便可快速有效擴散到相應的電極表面；隨著微探針技術和納電子學等的發展和需要，更小尺寸的環盤電極將賦予更多的應用。

然而，盡管隨著微、納米技術的發展，超微電極的尺寸可小至數個納米，??但目前報道的超微環盤電極的制備方法大都采用研磨法或是切割法制備(Peter?Liljeroth，Christoffer?Johans，Christopher?J?Slevin?et?al.Micro?ring-disk?electrode?probes?for?scanning?electrochemicalmicroscopy.Electrochemistry?Communications?2002?4：67-71)，制備得到的環盤微電極尺寸都比較大，盤直徑在10-20μm，環電極與盤電極之間的距離大至100μm以上，因此環-盤間通過物質擴散的聯系并不是很緊密。Alois?Lugstein等(Alois?Lugstein，Emmerich?Bertagnolli，Christine?Kranz，and?Boris?Mizaikoff.Surf?Interface?Anal?2002?33：146-150)報道了用聚焦離子束刻蝕的方法在AFM探針上組合納米尺寸的金屬環電極，為制備更小尺寸的環-盤電極提供了可行方法。但是該技術使用的儀器設備較昂貴，制作成本很高，并不適合于普通實驗室利用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種制作尺寸在納米尺度上，具有良好的電化學響應，能夠實現高的環收集效率的納米環-盤電極的制備方法。

本發明的技術方案是以納米金屬電極為基礎，通過金屬濺射、二次包封以及可控的超短脈沖電化學刻蝕等步驟，得到納米尺度的環-盤電極。

以Pt-Ir納電極為盤、濺射Au層為環的納米環-盤電極的制備方法其具體步驟為：

1)Pt-Ir納米電極的制備：在按體積比為飽和CaCl₂溶液∶H₂O∶丙酮＝1∶(2～5)∶(1～2)的腐蝕溶液中，用交流電壓腐蝕Pt-Ir絲得到Pt-Ir針尖，在聚脂類水溶性電泳漆中，對Pt-Ir針尖進行電泳，再經烘烤，電泳漆分子發生聚合而形成絕緣層，絕緣層在針尖尖端處發生收縮，從而露出針尖較尖端部分，得到Pt-Ir納米電極；

2)真空濺射金層：以單根Pt-Ir納米電極為盤電極，通過真空濺射形成Au層，該Au層將Pt-Ir納米電極的前部分覆蓋，作為環電極模板；

3)二次包封：將環電極模板的前部分用加熱熔融的包封材料包封，待其冷卻后，露出環電極模板的尖端；

4)超短脈沖電化學刻蝕分離環-盤：在環電極模板后部分裸露區域和盤電極分別引出導線，將二次包封后的環電極模板置于HCl刻蝕液中，盤電極接正極，相對于對電極施加脈沖電壓，每施加一個刻蝕脈沖后檢測盤電極和濺射的Au層之間的電阻，當阻值超過109歐姆時，停止刻蝕，形成以Pt-Ir納電極為盤、濺射Au層為環的納米環-盤電極。

在步驟1)中，交流電壓最好為5～20V。Pt-Ir針尖的尖端尺寸為10～1000nm。在聚脂類水溶性電泳漆中，對Pt-Ir針尖進行電泳的電壓為2～100V直流電壓，電泳的時間最好為3～10min。烘烤的溫度最好為160～180℃烘烤。通過調整電泳時間的長短，可獲得不同尺度的納米電極。經電化學表征，此類納米電極的有效半徑為10～1000nm。

在步驟2)中，Au層的厚度為100～150nm。