[發明專利]基于摻雜聚苯乙炔和碳納米管的碳糊電極及其制備工藝

有效

• 申請號: 201110149007.6
• 申請日: 2011-06-03
• 公開（公告）號: CN102323315A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 平建峰;吳堅;應義斌
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N27/30
• 分類號: G01N27/30;G01N27/48
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明屬于電分析領域，尤其涉及一種基于摻雜聚苯乙炔和碳納米管的碳糊電極及其制備工藝。

背景技術

電化學傳感器作為一門多學科交叉技術、一種強有力的分析工具，具有靈敏度高、選擇性好、檢測時間短、能在線檢測等特點，目前已逐步用于環境和食品安全檢測。傳統的電化學傳感器一般以鉑、金、玻碳和石墨電極等作為工作電極，然而這些電極成本較高，不適合用于開發低成本的電化學傳感器。同時，在實際的使用過程中，由于電解產物或者樣品中的大分子物質在電極表面的吸附，使得電極表面產生鈍化現象，降低電極的電化學性能和測量結果的重復性，從而限制了傳感器的實際應用。

碳糊電極是利用導電性的石墨粉與憎水性的粘合劑(如石蠟、硅油等)混合制成糊狀物，然后將其涂在電極棒表面或填充入電極管中而制成的一類電極。該類電極具有制備簡單、成本低廉、表面已更新等諸多優良特性，已被廣泛應用于電分析檢測。但是，由于傳統的碳糊電極在制備過程中，需要含量較高的粘合劑，如石蠟，這種絕緣材料極大地阻礙了電極表面的電子傳遞過程，降低電極的靈敏度。同時，由于采用液體有機材料作為粘合劑，電極的固化效果很差，因此電極的機械強度差、壽命短，不能應用于流動體系中和活體測定中。

近年來，研究發現固體導電材料作為碳糊電極的粘合劑，可以極大的增強電極的機械強度和穩定性，同時提高電極的導電性和電化學活性。聚苯乙炔是一種重要的導電聚合物，具有良好的導電性能，其分子式為：

令人吃驚的是，聚苯乙炔經摻雜后，其導電性能迅速提升。梁旦，韓菲菲，王紅敏，唐國強，葉葏，吳玲娟，徐學誠.溴蒸汽摻雜聚苯乙炔的導電性能[J].華東師范大學學報，2009，(4)：124-130.提出了通過溴蒸汽的吸附，聚苯乙炔的電導率比吸附溴前提高近12個數量級。通常，由聚苯乙炔單體和摻雜劑摻雜后的物質稱為摻雜聚苯乙炔。

另外，在碳材料自身方面，近年來隨著材料科學的發展，碳的許多其他同素異形體已相繼被合成，如介孔碳、富勒烯、碳納米管等。同時，許多科學研究表明，這些材料相對于石墨具有一些特殊的性能，如碳納米管具有極高的電子導電性和電催化活性，這使得碳納米管比石墨更適合于制備工作電極。

專利公布號CN?101710093A公開了一種新型的碳糊電極及其制備方法。碳糊由導電的碳材料粉末經三苯胺粘合而成。制備方法包括：將導電的碳材料和三苯胺混合后充分研磨、混合；將均勻的混合物塞入干凈的電極套管中壓實，在其后插入導線，制成所述電極的半成品；制成的半成品置于烘箱中加熱，待導電的碳材料和三苯胺結合后，置于常溫下冷卻。但該專利是以三苯胺為粘合劑。三苯胺處理過程中所需加熱溫度較高。

發明內容

本發明提供了一種基于摻雜聚苯乙炔和碳納米管的碳糊電極，將具有高導電性的摻雜聚苯乙炔用作粘合劑，改善電極導電性、電化學活性、穩定性等性能。

一種基于摻雜聚苯乙炔和碳納米管的碳糊電極，由電極套管、電極引線以及填充于電極套管內的碳糊組成，所述的碳糊由碳納米管和摻雜聚苯乙炔組成，所述的碳納米管占碳糊質量的5％-30％；所述的摻雜聚苯乙炔由摻雜劑和聚苯乙炔單體組成，其中所述的摻雜劑與所述的聚苯乙炔單體摩爾比為0.01-0.15。

優選的，所述的摻雜聚苯乙炔的摻雜劑為I₂或Br₂。

優選的，所述的摻雜劑與所述的聚苯乙炔單體摩爾比為0.01-0.15。

另外，本發明還提供了所述基于摻雜聚苯乙炔和碳納米管的碳糊電極的制備工藝，其包括以下步驟：

(1)將聚苯乙炔加入CHCl₃中，全溶后加入所述的摻雜劑，密閉并搖勻，室溫下放置，待CHCl₃揮發至干后，得到摻雜聚苯乙炔；

(2)將碳納米管和摻雜聚苯乙炔充分研磨、混合，得到均勻的混合物，其中碳納米管占碳糊總質量的5％-30％；

(3)將研磨后得到的混合物塞入所述電極套管中，并壓實，然后在所述的混合物后面插入所述電極引線，制成所述電極的半成品；

(4)隨后將步驟(3)得到的半成品置于烘箱中加熱，控制烘箱溫度和加熱時間，加熱后取出置于常溫下冷卻；

(5)用稱量紙對經步驟(4)處理后的所述半成品表面進行拋光，最后得到所述的碳糊電極。

優選的，步驟(2)中，所述的碳納米管占碳糊總重量的10％。如此制得的碳糊電極具有較高的電催化活性及較快的電子速率。