[發明專利]電化學檢測用石墨烯-酚醛樹脂復合材料電極及其制備方法

有效

• 申請號: 201711463416.7
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN108318557B
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發明（設計）人: 陳剛;毛華;張巖;張魯雁
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: G01N27/30
• 分類號: G01N27/30;C08G8/10
• 代理公司: 31200 上海正旦專利代理有限公司
• 代理人: 陸飛;陸尤<國際申請>=<國際公布>=<

本發明屬電化學傳感器技術領域，具體為一種電化學檢測用石墨烯?酚醛樹脂復合材料電極及其制備方法。本發明將苯酚和甲醛在酸性介質中經縮聚制備的線性酚醛樹脂粉末溶于含有六亞甲基四胺的乙醇溶液，與石墨烯粉體混合均勻后，填充入電極管末端，通過電極管將電極引線插入石墨烯?線性酚醛樹脂混合物中，確保達到良好接觸，加熱引發原位縮聚，使混合物硬化得連有電極引線的石墨烯?酚醛樹脂復合材料電極體。有電極體一端拋成圓盤狀后，用粘合劑將電極引線固定于電極管另一端，得電極成品。該電極制作簡便，成本低廉，可批量加工，具有靈敏度高、重現性好、抗污染能力強等優點，可用于毛細管電泳、微流控芯片、流動注射分析和液相色譜的電化學檢測。

技術領域

本發明屬電化學傳感器技術領域，具體涉及一種電化學檢測用石墨烯-酚醛樹脂復合材料電極及其制備方法。

背景技術

作為碳的一種重要同素異形體，石墨烯是由單層碳原子緊密堆積成二維蜂窩狀晶格結構的新材料，單層石墨烯是只有一個碳原子厚度的薄膜。自從2004年英國曼徹斯特大學Geim和Novoselov等人用壓敏膠帶微機械剝離法成功從常見的石墨中分離出了單層石墨烯以來[1]，石墨烯受到了全世界科學家的廣泛關注，他們于2010年共同獲得諾貝爾物理學獎。由于其獨特結構以及物理和化學性質，如具有十分良好的強度、導電、導熱、柔韌、光學特性，石墨烯在電子工業、航天軍工、新能源、新材料、生物醫藥、傳感器等領域有廣泛的應用前景[2,3]，已經成為最受矚目的國際前沿和研究熱點之一。目前，制備石墨烯的方法有機械剝離法、氧化還原法、SiC外延生長法、化學氣相沉積法、石墨化學氧化剝離法等，其中氧化還原法是制備石墨烯最常用也是最經濟的方法。先采用Hummers法或者改進法由石墨的化學氧化制備氧化石墨[4]，然后通過超聲剝離得氧化石墨烯。氧化石墨烯表面的含氧官能團，為進一步化學修飾和與其它材料復合提供便利。其可用水合肼、硼氫化鈉等還原制備還原氧化石墨烯，親水性降低，導電性增強。

由于石墨烯具有極高的電導率和電催化活性，在電化學傳感器中的制備中具有得天獨厚的優勢[5]，已成功用于增強一些列生物活性物質的的電化學響應。用于電化學檢測的石墨烯基電極的制備方法主要包括表面修飾法、電化學聚合表面修飾法、石蠟油混合填充法等，其中表面修飾是最常用的方法。表面修飾法是將石墨烯粉體分散在溶劑中，然后涂布在基體電極表面并晾干，由于石墨烯修飾層使用中容易脫落，電極穩定性不佳，壽命不長。石蠟油混合填充法是將石墨烯粉末和石蠟油混合后填充在電極管中，電極體為糊狀，為非剛性材料，使用中會發生形變，電化學檢測中噪音大且信號的重現性不佳，為一次性電極。電化學聚合表面修飾法是將石墨烯分散在導電高分子單體溶液中，經電化學聚合形成表面修飾層，使石墨烯固定在電極表面，制備的電極也存在石墨烯修飾層脫落的問題，影響電極的穩定性和使用壽命。鑒于原有石墨烯電極的不足和問題，將聚合物與石墨烯復合制備復合材料電極是提高石墨烯電極穩定性和性能的重要途徑。

酚醛樹脂也叫電木，是由苯酚和甲醛在催化劑條件下經縮聚、中和、水洗而制成的樹脂。固體酚醛樹脂為黃色、透明、無定形塊狀物質，可粉碎為粉末。酚醛樹脂是世界上最早由人工合成的高分子材料。因選用催化劑的不同，酚醛樹脂可分為熱固性和熱塑性兩類，廣泛用于防腐蝕工程、膠粘劑、阻燃材料、砂輪片制造等行業。由于酚醛樹脂具有化學性質穩定、耐有機溶劑、耐熱、電絕緣性好、力學和機械性能優良等優點，本發明采用原位縮聚法制備基于石墨烯-酚醛樹脂復合材料的新型電化學檢測電極。

參考文獻

[1] Novoselov K.S, Geim A.K., Morozov S.V, Jiang D., Zhang Y.,Dubonos S., Grigorieva I.V, Firsov A.A. Science 2004, 306(5696): 666-669.

[2] Geim, A.K. Angewandte Chemie International Edition, 2011, 50(31):6966-6985.