[發(fā)明專利]一種基于單壁碳納米角電極的固態(tài)離子選擇性電極及其制備方法

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• 申請日: 2017-12-19
• 公開（公告）號: CN107884459A
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發(fā)明（設計）人: 平建峰;姜成美;姚瑤
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N27/333
• 分類號: G01N27/333
• 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(fā)明涉及電化學傳感器技術領域，尤其涉及一種基于單壁碳納米角電極的固態(tài)離子選擇性電極及其制備方法。

背景技術

離子選擇性電極是一類利用膜電勢測定溶液中離子的活度或濃度的電化學傳感器，當它和含待測離子的溶液接觸時，在它的敏感膜和溶液的相界面上產生與該離子活度直接有關的膜電勢。作為一種能夠快速、準確、方便、選擇性的測定復雜樣品中某種離子含量的分析測試工具，離子選擇性電極已廣泛應用于環(huán)境監(jiān)測、生物醫(yī)學檢測、化工生產、地質檢測等領域。傳統(tǒng)的離子選擇性電極由敏感膜、內充液和導電元件組成。然而，由于內充液的存在，使得這種傳感器無法向微型化方向發(fā)展。

現(xiàn)有技術中，涂覆電極以其制備簡單、易于微型化、且具有與傳統(tǒng)離子選擇性電極相似的靈敏度和選擇性等特點，已廣泛用于離子選擇性電極制備。涂覆電極由涂覆離子選擇性聚合膜的金屬線制成。然而，由于在膜與金屬之間易于形成一層很薄的水層，因而電極會產生嚴重的電位漂移，重現(xiàn)性不好。水層中的氧化還原過程主要是溶解氧的還原，電極的電位漂移主要是由樣品中pH和溶解氧的改變所引起。因此，為了使涂覆離子選擇性電極具有較好的穩(wěn)定性，必須選取憎水性較強，同時具有快速電子傳遞速率的基底用于制備離子選擇性電極。

碳素材料具有較強的憎水性，同時成本低廉，因此可以用作離子選擇性電極的基底。然而，常規(guī)的碳素材料如石墨、玻碳等，其電子傳導速率較慢，基于這些材料作為基底的涂覆電極靈敏度較差。

發(fā)明內容

本發(fā)明提供一種基于單壁碳納米角電極的固態(tài)離子選擇性電極，具有極高的電位穩(wěn)定性、靈敏度和選擇性。

本發(fā)明提供了如下技術方案：

一種基于單壁碳納米角電極的固態(tài)離子選擇性電極，包括電極基底和涂覆在電極基底表面的離子選擇性聚合物膜，所述的電極基底為摻雜有單壁碳納米角或表面修飾有單壁碳納米角膜的電極。

單壁碳納米角(SWNHs)的直徑為2～5nm，長度為40～50nm，其形態(tài)類似于截短后的單壁碳納米管，但其一端具有獨特的錐形結構。單壁碳納米角具有高比表電容和高電子傳導速率的特性，同時具有較強的憎水性，以單壁碳納米角電極為電極基底制備的固態(tài)離子選擇性電極具有極高的電位穩(wěn)定性、靈敏度和選擇性。

摻雜有單壁碳納米角的電極為單壁碳納米角碳糊電極，單壁碳納米角碳糊電極由單壁碳納米角和粘合劑組成，所述的單壁碳納米角與粘合劑的質量比為7∶1～5；

所述的粘合劑為石蠟油、三苯胺和離子液體中的至少一種；再優(yōu)選的，所述的離子液體為基于咪唑的或基于吡啶的六氟磷酸鹽。

表面修飾有單壁碳納米角膜的電極為采用單壁碳納米角進行表面修飾的絲網印刷電極或玻碳電極。

所述的離子選擇性聚合物膜可以為鈣離子選擇性聚合物膜或鉀離子選擇性聚合物膜。

本發(fā)明還提供了上述基于單壁碳納米角電極的固態(tài)離子選擇性電極的制備方法，包括以下步驟：

(1)制備電極基底；

(2)在所述的電極基底表面滴涂離子選擇性聚合物膜溶液，干燥后得到所述的固態(tài)離子選擇性電極。

優(yōu)選的，電極基底的制備方法為：

將單壁碳納米角與粘合劑混合均勻，塞入電極套管中，壓實，插入導線，干燥后得到摻雜有單壁碳納米角的電極基底；

或，在絲網印刷電極或玻碳電極的表面涂覆單壁碳納米角分散液，干燥后得到表面修飾有單壁碳納米角膜的電極基底。

所述的單壁碳納米角可采用現(xiàn)有技術進行制備，例如，可參照參考文獻(Nan Li，Zhiyong Wang，Keke Zhao，Zujin Shi，Zhennan Gu，Shukun Xu，Carbon，2010，4，1580-1585.)使用電弧放電的方法進行制備。

步驟(2)中，離子選擇性聚合物膜溶液由溶質和溶劑組成，所述的溶質包括離子載體、聚合物、增塑劑和親脂性大分子。離子選擇性聚合物膜溶液滴涂于電極基底上，干燥后即成為離子選擇性聚合物膜。

優(yōu)選的，以質量百分比計，所述的溶質包括：

所述的離子載體可以為鈣離子載體或鉀離子載體；離子選擇性聚合物膜溶液干燥后分別可以形成相應的鈣離子選擇性聚合物膜或鉀離子選擇性聚合物膜。