[發明專利]用于離子檢測的多壁碳納米管/氮摻雜碳復合材料及其制備方法、離子選擇性電極、應用

在審

• 申請號: 202010900537.9
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN111977636A
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 王曉丹;李斐;王磊;李風華
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春應用化學研究所
• 主分類號: C01B32/168
• 分類號: C01B32/168;C01B32/15;G01N27/333
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 劉樂

1.一種用于離子檢測的多壁碳納米管/氮摻雜碳復合材料，其特征在于，包括氮摻雜碳顆粒和連接在所述氮摻雜碳顆粒之間的多壁碳納米管。

2.根據權利要求1所述的多壁碳納米管/氮摻雜碳復合材料，其特征在于，所述氮摻雜碳顆粒的粒徑為50～400nm；

所述多壁碳納米管的直徑為5～25nm；

所述多壁碳納米管的長度為1～5μm；

所述多壁碳納米管連接和/或纏繞在氮摻雜碳顆粒上；

所述多壁碳納米管/氮摻雜碳復合材料具有項鏈結構；

所述多壁碳納米管包括功能化的多壁碳納米管；

所述離子檢測包括水體中的離子檢測。

3.根據權利要求1所述的多壁碳納米管/氮摻雜碳復合材料，其特征在于，所述氮摻雜碳顆粒中，氮與碳的原子比為1：(10～50)；

所述氮摻雜碳顆粒具有立方體形貌；

所述氮摻雜碳顆粒之間可相互復合；

所述氮摻雜碳顆粒為具有多孔結構的氮摻雜碳顆粒；

所述氮摻雜碳顆粒的孔隙率為0.5～1.2cm³/g；

所述氮摻雜碳顆粒的比表面積為600～1000m²/g；

所述氮摻雜碳顆粒與所述多壁碳納米管的質量比為1：(1～5)。

4.根據權利要求1所述的多壁碳納米管/氮摻雜碳復合材料，其特征在于，所述多壁碳納米管包括酸功能化改性的多壁碳納米管；

所述離子檢測包括高壓水體中的離子檢測；

所述高壓水體的壓力為101.3～1000kPa；

所述高壓水體包括海水；

所述離子包括陽離子和/或陰離子；

所述陽離子包括鉀離子、銨離子、鈉離子、鎂離子和鈣離子中的一種或多種；

所述陰離子包括硝酸根離子、亞硝酸根離子、硫酸根離子和磷酸根離子中的一種或多種。

5.根據權利要求1所述的多壁碳納米管/氮摻雜碳復合材料，其特征在于，所述多壁碳納米管/氮摻雜碳復合材料的制備，包括以下步驟：

1)將功能化的多壁碳納米管、水合硝酸鈷、聚乙烯吡咯烷酮和溶液進行混合，再加入2-甲基咪唑進行反應后，得到中間體；

2)在保護性氣氛下，將上述步驟得到的中間體進行炭化后，得到多壁碳納米管/氮摻雜碳復合材料。

6.根據權利要求5所述的多壁碳納米管/氮摻雜碳復合材料，其特征在于，所述功能化的多壁碳納米管與所述水合硝酸鈷的質量比為1：(10～50)；

所述功能化的多壁碳納米管與所述聚乙烯吡咯烷酮的質量比為1：(1～20)；

所述功能化的多壁碳納米管與所述2-甲基咪唑的質量比為1：(20～100)；

所述反應的時間為20～30h；

所述炭化的溫度為500～1000℃；

所述炭化的時間為1～5h。

7.一種離子選擇性電極，其特征在于，包括玻碳電極；

復合在玻碳電極表面的多壁碳納米管/氮摻雜碳復合材料膜層；

復合在所述多壁碳納米管/氮摻雜碳復合材料膜層表面的待測離子選擇性膜層。

8.根據權利要求7所述的離子選擇性電極，其特征在于，所述多壁碳納米管/氮摻雜碳復合材料膜層的厚度為1～100μm；

所述待測離子選擇性膜層的厚度為20～100μm；

所述離子選擇性電極在離子檢測時作為工作電極；

所述離子選擇性電極具體為用于水體中的離子檢測的離子選擇性電極；

所述待測離子包括陽離子或陰離子。

9.根據權利要求8所述的離子選擇性電極，其特征在于，所述陽離子包括鉀離子、銨離子、鈉離子、鎂離子和鈣離子中的一種或多種；

所述陰離子包括硝酸根離子、亞硝酸根離子、硫酸根離子和磷酸根離子中的一種或多種；

所述離子選擇性電極具體為用于高壓水體中的離子檢測的離子選擇性電極；

所述高壓水體的壓力為101.3～1000kPa；

所述高壓水體包括海水。

10.權利要求1～6任意一項所述的多壁碳納米管/氮摻雜碳復合材料或權利要求7～9任意一項所述的離子選擇性電極在水體中的離子檢測領域中的應用。