[發明專利]一種石墨烯修飾的Pt電極及檢測痕量重金屬的方法

有效

• 申請號: 201210059601.0
• 申請日: 2012-03-08
• 公開（公告）號: CN102621199A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 金慶輝;唐逢杰;丁古巧;張洹千;張鳳;謝曉明;趙建龍
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: G01N27/30
• 分類號: G01N27/30;G01N27/48
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 潘振甦

1.一種石墨烯修飾的鉑電極，其特征在于以在硅片上氧化生成二氧化硅層為基體，然后在二氧化硅基體上蒸鍍金屬鉑電極，最后在鉑電極上生長石墨烯，構成石墨烯修飾鉑電極。

2.如權利要求1所述的鉑電極，其特征在于：

①所述的鉑電極的厚度為120-180nm；

②所述的石墨烯厚度為0.7-1.1nm。

3.如權利要求2所述的鉑電極，其特征在于：

①鉑電極厚度為150nm；

②石墨烯厚度為1-2單層石墨烯厚度。

4.制作如權利要求1所述的鉑電極的方法，其特征在于：

1)硅氧化

a.清洗硅片

首先將硅片放在30％的H₂O₂和H₂SO₄按1∶5比例配置清洗液中，進行電爐加熱20分鐘，冷卻后再用去離子水清洗干凈，然后用氮氣吹干，最后再放入120°C的烘箱中烘烤30分鐘，以除去水蒸氣；清洗液由H₂O₂和H₂SO₄按1∶5的體積比配制的；

b.氧化生成二氧化硅

利用熱氧化方法在硅表面生長SiO₂，硅熱氧化有濕氧氧化和干氧氧化兩種，具體采用干-濕-干氧化方法氧化：

①干法氧化：1100℃????30min，

②濕法氧化：1100℃????6h，

③干法氧化：1100℃????30min；

2)鉑金屬電極圖形化

鉑電極的制作將采用lift-off工藝，具體工藝步驟如下：

a.基片準備：將步驟1)制作硅氧化基體氮氣吹干并烘干；

b.涂膠

光刻膠選用AZ4620正性光刻膠，用甩膠臺進行旋涂，旋涂程序為：1000rpm，5-15s；3000rpm，20-40s；

c.前烘

旋涂完成后直接將硅片放入80℃的烘箱內放置30min后直接取出進行光刻；

d.曝光

曝光時間選擇為30-40s；

e.顯影

首先配置體積比為AZ400K∶H₂O＝1∶3的顯影液，將曝光后的硅片放入顯影液中晃動40s，然后去離子水中清洗，沖洗時間10s，最后用氮氣吹干；

f.蒸鉑

蒸鉑前應進行等離子處理，以清除干凈表面殘余的光刻膠，同時達到活化表面的作用增加金屬的粘附性；并在蒸鉑前應先蒸出一層鈦，其厚度為20nm，然后在蒸鉑；

g.去膠

將蒸過鉑的硅片放入丙酮中，放置20-40min后，觀察如果有部分光刻膠卷起，就用注射針管沖洗硅表面，以將殘留的光刻膠沖掉，直到完全剩下鉑電極，然后再用酒精清洗；

3)石墨烯修飾電極制作

利用CVD法，對上述制作好的鉑電極生長石墨烯。焦耳加熱至950-1150℃，然后通入CH₄，在電極表面鉑催化劑的作用下生成了石墨烯，完成了石墨烯修飾鉑電極的制作。

5.如權利要求4所述的方法，其特征在于：

①步驟2)中(a)所述的烘干溫度為100-120℃，時間為20-40min；

②步驟2)中(d)所述的曝光時間為35s；

③步驟3)中焦耳加熱溫度為1000℃。

6.使用如權利要求1-3中任一項所述的鉑電極檢測痕量重金屬的方法，其特征在于采用溶出伏安法，利用MEMS工藝制作的石墨烯修飾的鉑電極為工作電極，以Ag/AgCl電極作參考比電極，鉑絲電極作為對電極，包括前處理、富集時間和電位設置及溶出伏安法的參數選擇，具體是：

1)前處理

在1mol/L的稀硫酸里用循環伏安法進行掃描，電位是從-0.2V到1.2V，速度為50mV/s，循環次數為10次，以完成對工作電極表面的清洗和活化；

2)富集時間和富集電位設置

富集電位選擇為-0.9～-1.3V，富集時間為30-240s；

3)溶出

為能檢測出Cd及周期表右側的重金屬離子，設定反向掃描起始電位-靜息電位和時間，它們分別為-1.2V和15s，差分脈沖溶出伏安法掃描至終止電位0.5V，同時記下溶出伏安曲線。