[發(fā)明專利]一種基于石墨烯/PEDOT復(fù)合膜的pH檢測(cè)電極

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510330752.9
• 申請(qǐng)日: 2015-06-15
• 公開（公告）號(hào): CN104897755B
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐嘉媚;蘇文瓊;丁顯廷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N27/30
• 分類號(hào): G01N27/30
• 代理公司: 上海旭誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司31220
• 代理人: 鄭立

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種pH檢測(cè)電極，具體涉及一種基于石墨烯/PEDOT復(fù)合膜的pH檢測(cè)電極。

背景技術(shù)

pH測(cè)量與醫(yī)學(xué)、生物工程、現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境以及科學(xué)研究等領(lǐng)域息息相關(guān)。目前，使用最廣泛的兩種pH傳感器主要是玻璃電極和金屬氧化物電極，其中玻璃電極對(duì)pH的測(cè)量比較準(zhǔn)確(除了在高酸度和高堿度情況下存在測(cè)量誤差)，但玻璃電極由于體積較大難以實(shí)現(xiàn)活體微區(qū)或微環(huán)境的分析，而且電極內(nèi)阻高、易破損。而基于金屬氧化物的pH傳感器，例如IrO₂，WO₃或Ni(OH)₂，雖然易于微型化，但是這些金屬氧化物是有毒的，因此它們不能用于生物或醫(yī)學(xué)檢測(cè)。

溶液中氫離子濃度的變化可以引起電極間電流或電導(dǎo)率的變化，用導(dǎo)電高分子修飾傳感器電極可以增強(qiáng)弱信號(hào)，使電極在不同pH環(huán)境下導(dǎo)電性變化更加顯著。PEDOT是EDOT(3,4-乙撐二氧噻吩)的聚合物，目前沒有關(guān)于PEDOT用于pH檢測(cè)的相關(guān)專利，相關(guān)文獻(xiàn)的報(bào)道也很少，這方面的研究對(duì)pH傳感器的研發(fā)具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，所要解決的技術(shù)問題是：石墨烯/PEDOT復(fù)合膜在pH檢測(cè)中的應(yīng)用。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明使用電化學(xué)循環(huán)伏安法在ITO玻璃電極表面制備了石墨烯/PEDOT復(fù)合膜，并將其用于磷酸鹽緩沖液(PBS)的pH檢測(cè)，以氧化峰電流為檢測(cè)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了pH 1-11范圍內(nèi)的高靈敏度檢測(cè)，在開發(fā)生物、醫(yī)療領(lǐng)域的微型化pH檢測(cè)電極方面具有很高的應(yīng)用價(jià)值。

本發(fā)明的第一方面，公開了一種基于石墨烯/PEDOT復(fù)合膜的pH檢測(cè)電極，包括電極和包覆在電極外表面的石墨烯/PEDOT復(fù)合膜，所述電極選自ITO玻璃電極、不銹鋼鍍金電極或金盤電極之中的一種。充分利用了PEDOT的高導(dǎo)電率實(shí)現(xiàn)了對(duì)pH的高靈敏度檢測(cè)，并通過氨基石墨烯與PEDOT的復(fù)合進(jìn)一步改善檢測(cè)靈敏度。

優(yōu)選地，電極為ITO玻璃電極，復(fù)合膜包覆在玻璃電極ITO層的外表面。

本發(fā)明的第二方面，公開了上述pH檢測(cè)電極的制備方法，包括如下步驟：

(1)電極的預(yù)處理：ITO玻璃電極依次在5％濃度NaOH溶液、去離子水、丙酮、乙醇中超聲處理，然后在ITO玻璃電極表面無需包覆石墨烯/PEDOT復(fù)合膜的部分貼上膠帶阻擋，需要包覆石墨烯/PEDOT復(fù)合膜的面積為1×1cm²；

(2)電解液配制：氨基石墨烯在LiClO₄乙腈溶液中第一次超聲分散，得到均一穩(wěn)定的石墨烯分散液，向石墨烯分散液中滴加EDOT配制成EDOT單體電解液；再進(jìn)行第二次超聲分散后通氮?dú)猓鳛橹苽涫?PEDOT復(fù)合膜的備用單體電解液；

(3)電化學(xué)聚合：在電化學(xué)工作站中采用循環(huán)伏安法(CV)使單體電解液在經(jīng)步驟(1)預(yù)處理后的ITO玻璃電極表面電聚合。

優(yōu)選地，步驟(1)中在5％濃度NaOH溶液、去離子水、丙酮、乙醇中各超聲5-15分鐘。

優(yōu)選地，步驟(2)中氨基石墨烯的濃度為0.1-0.5mg/ml。LiClO₄乙腈溶液的濃度為0.1M。EDOT單體電解液的濃度為1-10mM。第一次超聲分散1-4小時(shí)，第二次超聲分散半小時(shí)，通氮?dú)?5min。

優(yōu)選地，步驟(3)中聚合電位范圍為-0.9-1.0V，掃描速率為50mV/s，聚合3-10圈。

本發(fā)明的第三方面公開了上述pH檢測(cè)電極的應(yīng)用方法，pH檢測(cè)電極用于磷酸鹽緩沖液的pH檢測(cè)，以氧化峰電流為檢測(cè)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)pH值在1-11范圍內(nèi)的檢測(cè)。

本發(fā)明的有益效果是：與普通pH檢測(cè)電極相比，基于石墨烯/PEDOT復(fù)合膜的pH檢測(cè)電極體積更小、價(jià)格更低、檢測(cè)更方便，在使用前后無需特殊處理。以氧化峰為檢測(cè)信號(hào)時(shí)，沉積石墨烯/PEDOT的電極(pH 1-11)比純PEDOT修飾電極(pH 3-11)的檢測(cè)范圍更大，檢測(cè)靈敏度提高了約228％，石墨烯與PEDOT的復(fù)合顯著改善了電極對(duì)溶液pH值得檢測(cè)效果。

以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例使用的氨基石墨烯分散后的TEM圖；

圖2為本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例在石墨烯/EDOT單體溶液中的聚合CV圖；