[發(fā)明專利]一種金納米粒子/還原氧化石墨烯復(fù)合電極及其制備和應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710997388.0
• 申請(qǐng)日: 2017-10-24
• 公開（公告）號(hào): CN107907577A
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楚清脆;羅丹;鄭益諒;馬垚璐;寸菲;葉建農(nóng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華東師范大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N27/30
• 分類號(hào): G01N27/30;G01N27/416;G01N30/02;B22F9/24;C01B32/184
• 代理公司: 上海麥其知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)31257
• 代理人: 董紅曼

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電分析化學(xué)與色譜技術(shù)交叉領(lǐng)域，具體涉及一種金納米粒子/還原氧化石墨烯復(fù)合電極的制備及應(yīng)用。

背景技術(shù)

石墨烯是一種二維碳納米材料，具有較大的比表面積、良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性以及較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度。自2004年Giem等人^[1]發(fā)現(xiàn)后，石墨烯引起了科學(xué)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。其制備方法有機(jī)械剝離法、化學(xué)氣相沉積以及化學(xué)還原或熱還原氧化石墨烯^[2]等，其中，還原氧化石墨烯法制備經(jīng)濟(jì)、應(yīng)用廣泛。石墨烯優(yōu)良的導(dǎo)電性和電催化活性使其作為電極材料在電化學(xué)傳感和生物傳感領(lǐng)域得以應(yīng)用。電極的制作方法主要有兩種。表面修飾是較為常見的一種，通過將石墨烯分散在溶劑^[3]或聚合物溶液^[4]中后修飾于電極表面。另一種是通過將石墨烯與修飾材料如聚合物^[5]、納米粒子^[6]等通過原位聚合后，填入空心絕緣管固化形成復(fù)合電極。目前在電泳分析領(lǐng)域，石墨烯復(fù)合電極對(duì)含氨基基團(tuán)化合物的檢測(cè)尚未見報(bào)道。

由于金納米粒子不僅具有獨(dú)特的物理與化學(xué)性質(zhì)，且生物兼容性良好，能在堿性條件下促進(jìn)含氨基基團(tuán)化合物的電催化氧化^[7]。

金納米粒子/還原氧化石墨烯復(fù)合材料作為修飾電極材料已用于電化學(xué)分析領(lǐng)域，然而受到流體溶液的連續(xù)沖刷時(shí)，修飾材料易脫落，影響電極的壽命和重現(xiàn)性。將該復(fù)合材料制備成金納米粒子/還原氧化石墨烯復(fù)合電極，有助于提高電極穩(wěn)定性，目前其在色譜分析體系的應(yīng)用尚未見有報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明通過氧化石墨烯與氯金酸混合一步法制備了金納米粒子/還原氧化石墨烯復(fù)合材料，使金納米粒子直接結(jié)合在還原氧化石墨烯表面。將該復(fù)合材料與液態(tài)石蠟混合后裝入空心絕緣管，制得金納米粒子/還原氧化石墨烯復(fù)合電極。本發(fā)明的目的在于提出一種電化學(xué)性能好、適用面廣的金納米粒子/還原氧化石墨烯復(fù)合電極的制備方法和應(yīng)用。

本發(fā)明提出了一種金納米粒子/還原氧化石墨烯復(fù)合材料的制備方法，具體步驟為：

(1)將石墨與硝酸鹽混合，加入酸，攪拌；加入高錳酸鹽，水浴下攪拌進(jìn)行氧化反應(yīng)；加入去離子水，得蛋黃色膠體；過濾，洗滌，干燥后得氧化石墨烯。

步驟(1)中，所述石墨為石墨粉末，包括鱗片石墨、膠體石墨、超細(xì)石墨、納米石墨、高純石墨等；優(yōu)選地，為鱗片石墨。

步驟(1)中，所述硝酸鹽為硝酸鈉、硝酸鉀等；優(yōu)選地，為硝酸鈉。

步驟(1)中，所述酸為濃酸，包括濃硫酸、濃硝酸等；優(yōu)選地，為濃硫酸；進(jìn)一步優(yōu)選為98％的濃硫酸。所述酸的作用為氧化劑。

步驟(1)中，所述高錳酸鹽為高錳酸鉀、高錳酸鈉等；優(yōu)選地，為高錳酸鉀。所述高錳酸鹽的作用為氧化劑。

步驟(1)中，所述反應(yīng)優(yōu)選在水浴中進(jìn)行。

步驟(1)中，所述反應(yīng)的溫度為30-50℃；優(yōu)選地，為38℃。

步驟(1)中，所述反應(yīng)的時(shí)間為20-28小時(shí)；優(yōu)選地，為24小時(shí)。

步驟(1)中，所述硝酸鹽與石墨、高錳酸鹽、酸的質(zhì)量比優(yōu)選為1:2:(10-20): (100-200)；優(yōu)選地，為1:2:15:128。

步驟(1)中，加入去離子水的目的是引起劇烈沸騰。

步驟(1)中，還包括加入適量的過氧化氫中和過量的高錳酸鹽。

步驟(1)中，所述過濾為減壓抽濾。

步驟(1)中，所述洗滌為依次用鹽酸和去離子水洗滌。

步驟(1)中，所述干燥為50℃真空干燥。

(2)將氧化石墨烯在去離子水中超聲分散后，加入氯金酸溶液，攪拌混勻；加入檸檬酸鈉溶液，加熱攪拌；加入水合肼溶液，加熱攪拌。過濾，洗滌，干燥后得金納米粒子/還原氧化石墨烯復(fù)合材料。

步驟(2)中，所述反應(yīng)優(yōu)選在油浴中進(jìn)行。

步驟(2)中，所述超聲的時(shí)間優(yōu)選為5小時(shí)。

步驟(2)中，所述氯金酸溶液的濃度為20-60毫克/毫升；優(yōu)選地，為40 毫克/毫升。

步驟(2)中，所述氯金酸和氧化石墨烯的質(zhì)量比為(0.1-2.1)：1；優(yōu)選地，為0.2:1，0.6:1，1:1，1.4:1。

步驟(2)中，所述檸檬酸鈉溶液的濃度為0.1-0.5摩爾/升；優(yōu)選地，為0.2 摩爾/升。所述檸檬酸鈉的作用為還原劑。

步驟(2)中，當(dāng)氧化石墨烯加入量為10毫克時(shí)，所述檸檬酸鈉溶液的加入量為500-1000微升；優(yōu)選地，為1000微升。