[發明專利]碳納米管電極、其制備方法和用途

無效

• 申請號: 201210506591.0
• 申請日: 2012-11-30
• 公開（公告）號: CN103852503A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發明（設計）人: 張曉科;李勇明
• 申請（專利權）人: 索尼公司
• 主分類號: G01N27/30
• 分類號: G01N27/30
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 賈靜環

技術領域

本發明涉及碳納米管電極，特別是用于重金屬（離子）檢測的碳納米管電極。

背景技術

重金屬離子，特別是高濃度的重金屬離子，會導致重金屬中毒，對人類健康不利，例如會引起神經系統疾病、改變血液組成、導致心肺疾病等。據報道，從2006年開始，由主流媒體報道的數據來統計，中國大約有11100的人鉛中毒，其中的70%是兒童。因此，現在迫切需要能夠有一種方法，有效檢測重金屬離子，保護這些人類，特別是兒童，免受這些重金屬離子的毒害。為此，需要監測日常生活環境中的重金屬離子的污染水平，以便于及時應對。

多年來，已經開發了多種用于識別重金屬離子量的分析方法和分離技術，氣質已經報道了多種檢測痕量重金屬離子的方法，包括如原子吸收光譜法(atomic?absorption?spectrometry,AAS),原子熒光光譜法(AFS),以及電感耦合等離子體質譜法。但是，這些技術中的大多數都對靈敏性、選擇性和簡易性沒有要求，或者這些方法需要使用昂貴的設備、實驗室并且操作成本高。

電化學方法，特別是陽極溶出伏安法（ASV），在檢測痕量重金屬離子時引起了特別關注，因為這種方法具有優異的靈敏性、分析時間短、能耗低并且所需要的設備簡單易得(如PDV?6000,Monitoring?TechnologiesInternational(purchased?by?Cogent?Environment,U.K.)。

溶出分析法是一種非常靈敏的用于檢測痕量重金屬離子的電化學技術。這種方法需要兩步電化學反應，即，預濃縮（或沉積）步驟以及溶出（或解析）步驟。因為金屬溶出步驟通常發生在陽極，因此一般稱為陽極溶出伏安法。為了檢測，通常采用三電極體系，即工作電極、對電極和參比電極，并且還需要一個電化學工作站。在檢測過程中，預沉積和溶出進而檢測的電化學反應都在工作電極上進行，因此制備工作電極的電極材料是整個檢測體系中最重要的關鍵材料。

傳統的制備工作電極的材料存在很多缺陷。基于溶出分析方法的原理，電化學反應主要發生在電極表面上，這表明電極材料對溶出設備的敏感性、選擇性和操作簡易性都非常重要。

一般而言，電極的類型有兩種，液體電極和固體電極。液體電極包括汞電極（汞滴或汞膜）以及碳糊（由導電的碳材料粉和成糊液體形成）。液體電極被廣泛地用在溶出分析中，但是不利的的是，汞的毒性大，難以操作、儲存和后處理，這些方面都會嚴重影響其作為電極的使用。到目前為止，已報道了很多能夠用于檢測痕量重金屬離子的固體電極，如貴金屬金、鉑、鉍的固體電極，此外還有玻碳和化學改性的貴金屬或玻碳電極。

對于碳糊電極，由于制備原因使得其物理、化學或電化學特性在每次制備中均不相同。由于這個原因，每個探針必須獨立校準。如不考慮成本，發現貴金屬，如金，是一種非常好的工作電極基質，因為它們對汞或其他重金屬具有高親和性，由此提高了預濃縮/沉積效果。但是，對金基電極的限制是會形成不希望存在的金-汞合金，這會損壞電極的表面特性。為了實現再現性，通常必須進行繁瑣的（電）化學或物理處理以清洗該金電極。而對于玻碳電極而言，經常需要進一步表面改性以改進玻碳電極的電化學特性，從而提高它的靈敏度，而不同的改性方法差異較大，且難以控制其穩定性。

因此，目前面臨一種持續增長的需求，希望開發出有效的檢測系統(system)，這種系統不僅要敏感、可靠而且簡單、經濟、實用，能夠在待檢測現場實地檢測。

近年來，在分析化學中，納米技術已經成為最活躍的領域。納米材料如金屬、金屬氧化物和碳納米顆粒、納米管或納米纖維已經逐漸變為最有前景的電極材料。在這些材料中，對碳納米管（CNT）進行了廣泛的研究，目的是改善傳統的電極以具有更卓越的特征，如好的電導性、電催化活性、高比表面積和強吸附能力等。

但是，多數已經公開的或授權的專利文獻僅僅是使用了碳納米管來改善電極基質，如玻碳電極。因此，仍舊希望能夠開發出新的在溶出分析中可供替代的利用納米材料如碳納米管的優點的電極，以此來滿足快速增長的實地環境監測痕量重金屬離子的需求。

發明內容

本發明涉及一種碳納米管電極，該碳納米管電極可實地、方便、有效地用于檢測重金屬離子。通過本文所描述的碳納米管電極能夠檢測痕量的重金屬離子，例如nM級的重金屬離子，最高能夠達到幾十nM的重金屬離子。

1、本文提供了一種碳納米管電極，包括基底材料和覆蓋于基底材料表面的碳納米管層，其中所述基底材料是紙質基底材料。

本發明還進一步提供了具有如下附加技術特征的碳納米管電極：