[發(fā)明專利]一種基于石墨烯-五氧化二鈮的全固態(tài)離子選擇性電極及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110458984.8
• 申請(qǐng)日: 2021-04-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113155932B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-12-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 牛利;邱世平;甘世宇;鐘麗杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣州大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N27/333
• 分類號(hào): G01N27/333;G01N27/416;B82Y30/00;C01B32/184;C01G33/00
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44205
• 代理人: 胡輝

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于石墨烯?五氧化二鈮的全固態(tài)離子選擇性電極及其制備方法和應(yīng)用，所述全固態(tài)離子選擇性電極包括基體、設(shè)置在所述基體表面的轉(zhuǎn)導(dǎo)層，以及覆蓋在所述轉(zhuǎn)導(dǎo)層表面的離子選擇性膜，所述轉(zhuǎn)導(dǎo)層包括石墨烯?五氧化二鈮納米復(fù)合材料。本發(fā)明以石墨烯?五氧化二鈮納米復(fù)合材料作為固態(tài)轉(zhuǎn)導(dǎo)層材料，構(gòu)建全固態(tài)離子選擇性電極，能夠消除水層的形成，對(duì)氣體等干擾因素具有良好的抗干擾能力，顯著地提升了界面電容，加強(qiáng)固態(tài)離子選擇性電極的電位穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及離子選擇性電極技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于石墨烯-五氧化二鈮的全固態(tài)離子選擇性電極及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，離子分析檢測(cè)手段也愈加深入。目前已報(bào)道的檢測(cè)方法多樣而成熟，主要有原子吸收和發(fā)射光譜法、離子色譜法、電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)等。然而這些檢測(cè)技術(shù)成本高昂，操作步驟較繁瑣，樣品需經(jīng)過(guò)復(fù)雜的預(yù)處理過(guò)程及專業(yè)人士操作，不適用于批量的實(shí)時(shí)檢測(cè)。因此，構(gòu)建一種可移動(dòng)式且操作簡(jiǎn)便、靈敏精確的實(shí)時(shí)檢測(cè)體系具有重要意義。基于聚合物膜的全固態(tài)離子選擇性電極由于響應(yīng)快、測(cè)試便捷及成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，引起了研究者們的廣泛關(guān)注，這也使得離子選擇性電極應(yīng)用在生物、醫(yī)療衛(wèi)生及環(huán)境領(lǐng)域進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)逐漸成為現(xiàn)實(shí)。

經(jīng)過(guò)數(shù)十年的研究，全固態(tài)離子選擇性電極已經(jīng)初步應(yīng)用到臨床化驗(yàn)、環(huán)境監(jiān)測(cè)以及工業(yè)分析等領(lǐng)域。該類電極在實(shí)際應(yīng)用中易于微型化，避免了日常的繁瑣保養(yǎng)，耐用性較高。

然而，由于離子選擇性膜與轉(zhuǎn)導(dǎo)層的電荷轉(zhuǎn)移阻抗和水層的影響，電極的電位穩(wěn)定性差強(qiáng)人意。在相關(guān)技術(shù)中，將具有離子-電子轉(zhuǎn)導(dǎo)性能的導(dǎo)電聚合物，如聚吡咯(PPy)、聚苯胺(PANI)、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)作為固態(tài)轉(zhuǎn)導(dǎo)層，雖然能夠顯著提高電極電位的穩(wěn)定性，但同時(shí)由于水層的存在以及對(duì)光和CO₂的敏感使得其應(yīng)用受到了一定限制。碳納米管、石墨烯和富勒烯等碳基納米材料可作為新型固體接觸層應(yīng)用于離子選擇性電極，也可與導(dǎo)電聚合物復(fù)合成納米材料，可以有效地增大比表面積，提高界面電容，從而降低電位漂移。雖然該類材料導(dǎo)電性好、抗干擾性較強(qiáng)，但是由于其電容仍然較小，并不能很好地消除電位漂移。因此，發(fā)展高疏水性、導(dǎo)電性好、高電容轉(zhuǎn)導(dǎo)層材料是當(dāng)前全固態(tài)離子選擇性電極研究重點(diǎn)。

礦物質(zhì)元素在人體內(nèi)具有非常重要的生理功能，是構(gòu)成人體組織的重要成分，其缺乏或過(guò)多均能引發(fā)不同類型的疾病。其中，K⁺、Na⁺可以促進(jìn)肌肉收縮，維持心肌功能，調(diào)節(jié)心血管功能，改善消化系統(tǒng)、心律絮亂等，幫助維持細(xì)胞的新陳代謝；濃度過(guò)高將會(huì)使體液失去平衡，由于鉀離子是細(xì)胞液中的主要成分，所以攝入過(guò)多的鈉離子危害特別大，而攝入較多的鉀離子對(duì)腎功能有一定的危害；Ca²⁺是一種有利于人體健康的必需常量元素，能夠預(yù)防骨質(zhì)疏松癥。高Na⁺、Ca²⁺的堿性水質(zhì)利于草酸鹽型尿石的形成。

近年來(lái)，隨著人們生活水平的提高，健康飲用水日益受到人們的廣泛關(guān)注，礦泉水中含有人體必需的礦物質(zhì)和微量元素，已成為人們普遍接受的長(zhǎng)期飲用且能促進(jìn)人體健康的飲用水。據(jù)統(tǒng)計(jì)人體80％的疾病是由于飲用不健康的水造成，因此對(duì)檢測(cè)飲用水的研究具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題之一。為此，本發(fā)明提出一種基于石墨烯-五氧化二鈮的全固態(tài)離子選擇性電極，改善了石墨烯材料電容較小，水層干擾，電位穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)，能夠消除水層的形成，具有良好的抗干擾能力和電位穩(wěn)定性。

同時(shí)，本發(fā)明還提供所述全固態(tài)離子選擇性電極的制備方法和應(yīng)用。

具體地，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：

本發(fā)明的第一方面是提供一種全固態(tài)離子選擇性電極，包括基體、設(shè)置在所述基體表面的轉(zhuǎn)導(dǎo)層，以及覆蓋在所述轉(zhuǎn)導(dǎo)層表面的離子選擇性膜，所述轉(zhuǎn)導(dǎo)層包括石墨烯-五氧化二鈮納米復(fù)合材料。