[發(fā)明專利]一種N、P共摻雜的納米碳基框架材料修飾電極及其制備方法和應用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010983305.4
• 申請日: 2020-09-18
• 公開（公告）號: CN112098486A
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發(fā)明（設計）人: 萬超;汪丹;胡念武
• 申請（專利權）人: 湖北中煙工業(yè)有限責任公司;湖北新業(yè)煙草薄片開發(fā)有限公司
• 主分類號: G01N27/30
• 分類號: G01N27/30;G01N27/48;B01J27/24;B01J35/10;B82Y15/00;B82Y30/00
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 裴金華

本發(fā)明以2?甲基咪唑為配體，硝酸鈷為金屬中心，通過自組裝法獲得了鈷基有機框架材料；該有機框架作為前驅體碳化得到了鈷顆粒負載的N摻雜納米碳中間產物，將該中間產物進行酸洗處理，獲得N摻雜的納米碳材料，將N摻雜的納米碳材料與植酸溶液充分攪拌，將吸附植酸的N摻雜的納米碳材料進行二次煅燒處理，即制備出N,P共摻雜的納米碳基框架材料。引入尺寸和電負性不同的雜原子可以誘導碳骨架中碳原子的電荷再分配，導致碳的電子結構發(fā)生變化而產生催化活性，以有機框架為前驅體使得制備的材料具有大的比表面積與高孔隙率，由該材料制備的修飾電極具有優(yōu)異的電化學活性，高的電子轉移能力，有利于實現對痕量萘酚異構體的高靈敏檢測。

技術領域

本方法涉及電化學檢測技術領域，具體為一種N、P共摻雜的納米碳基框架材料修飾電極及其在電化學傳感檢測方面的應用。

背景技術

萘酚屬于基本化工原料中間體，深加工可以獲得一系列萘系中間體。2-萘酚廣泛用于染料，顏料的合成，還用于香料，農藥，醫(yī)藥，防老劑等的合成。萘酚異構體（1-naphthol和2-naphthol）是兩種高毒性的環(huán)境污染物，因此，萘酚異構體的高靈敏快速檢測在環(huán)境監(jiān)測領域顯得尤為重要。基于色譜學的傳統(tǒng)檢測技術儀器昂貴、操作復雜、成本檢測高。相比之下，電化學傳感技術具有儀器簡便、靈敏度高、檢測速度快等優(yōu)勢，然而基于電化學技術實現萘酚異構體同時快速檢測的研究還十分少見。不僅如此，當前報道的用于萘酚異構體檢測的電極材料多數面臨材料制備工藝安全隱患高、反應副產物環(huán)境危害大、膜電極材料電子轉移能力差、萘酚異構體電化學信號弱等諸多缺點。

申請?zhí)枮?01510031618.9的專利公開了一種電還原氧化石墨烯修飾玻碳電極，將該電極用于萘酚異構體的檢測，由于化學法制備石墨烯具有較大的環(huán)境危害性及操作安全隱患，使得其制備成本較高；申請?zhí)枮?01210518787.1的專利公開了一種氨基功能化介孔化材料修飾電極檢測萘酚異構體的方法，由于氨基化介孔二氧化硅電子轉移能力較差，其制備的電極對萘酚異構體的靈敏度不高，由此使得該方法用于檢測萘酚異構體的檢出限較高，不利于低濃度樣品的檢測。

采用儀器分析是現階段監(jiān)控有毒有害物質的主要手段，由于儀器昂貴、設備操作復雜等問題，污染物的實時監(jiān)控仍不能大范圍進行，為了提高對污染物的檢測靈敏度、效率以及降低成本，仍需要不斷改善儀器設備，優(yōu)化分析方法。

發(fā)明內容

在燃料電池領域，由于鉑資源稀缺，過渡金屬材料穩(wěn)定性差，從長期發(fā)展的角度來看，非金屬氧還原催化劑(如無金屬碳基材料)是用于燃料電池陰極催化劑的理想選擇。近年來，新興的無金屬碳基材料已成為電催化劑快速增長的分支，雜原子 (如氮、硼、硫、磷等)摻雜能顯著提高燃料電池陰極催化劑活性。摻氮碳材料的合成不僅取決于其相應碳前驅體的結構和組成，還取決于其形貌和表面性質。對于碳前驅體，具有較高氧含量的碳前驅體傾向于使其具有較高的氮含量。此外，具有三維形貌和大比表面積碳的前驅體復合材料有助于形成高氮含量和較多催化位點的催化劑。

金屬-有機骨架材料（Metal-OrganicFrameworks）簡稱MOF，是指過渡金屬離子與有機配體通過自組裝形成的具有周期性網絡結構的晶體多孔材料。

MOF材料的可控合成以及電催化性能的研究是電化學研究領域的熱點之一。MOF是由金屬離子和有機配體通過配位鍵的形式組裝而成的一類具有大比表面積和高孔隙率的新型多孔材料?；诮饘冫}和有機配體不同的化學和物理性質，從而獲得結構可調，具有不同孔徑和化學環(huán)境的MOF材料。MOF的永久孔隙度有利于電解質在整個材料中快速擴散，有助于電解質與電催化活性位點的充分接觸。

碳納米材料的邊緣缺陷，如懸鍵，氫飽和鍵，導致不同位置（邊緣或平面內）碳原子之間也存在電荷轉移，為電化學催化反應提供活性位點。雜原子摻雜是一種將缺陷引入碳材料的方法，因為加入外來元素后，大塊碳材料的電子結構會被打斷，因此，對碳材料而言，雜原子的引入也可認為是一種點缺陷。