CN101303325B - 用电沉积制备铂纳米多孔电极的方法 - Google Patents

用电沉积制备铂纳米多孔电极的方法 Download PDF

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Abstract

一种用电沉积制备铂纳米多孔电极的方法，属材料制备和电化学检测的技术领域。用电沉积方法在工作电极的衬底上沉积一层铂合金，然后用电化学刻蚀方法去合金化，形成铂纳米多孔电极。本发明的优点：能获得高质量的铂纳米多孔电极，其表面积比平面电极提高500倍以上，催化效果好，能完全满足无酶测定葡萄糖的需要；制备电极的操作步骤简单，所用试剂数量少，成本低，易于实施；操作在常温下进行，没有高温危险；安全、环保。

Description

用电沉积制备铂纳米多孔电极的方法 
技术领域
在无酶检测葡萄糖的技术中，常用铂纳米多孔电极作工作电极。本发明涉及一种用电沉积制备铂纳米多孔电极的方法，属材料制备和电化学检测的技术领域。 
背景技术
目前，国内外市场上已有数种利用葡萄糖氧化酶的催化作用制成的电化学传感血糖仪出售，用于糖尿病患者检测血糖。虽然葡萄糖氧化酶在所有的生物酶中是最稳定的，但仍然受到周围环境各种条件的影响和限制，如温度、湿度、氧浓度等。在大批量生产时，酶的数量和酶固定的牢度都难以控制，因而传感器的重复性和再现性受到较大影响。于是用于无酶检测葡萄糖的电化学电极得到了发展并日益受到重视[1]。目前，无酶检测葡萄糖的电化学电极主要有下列几种： 
1、纳米镍粒子[2]、纳米铜粒子[3]电极可在大于pH 9.0的条件下无酶检测葡萄糖； 
2、Pt2Pb[4]合金电极可在中性条件下无酶检测葡萄糖，但若测定对象中含有0.1M的钠离子时，葡萄糖的响应信号完全消失； 
3、用液晶作为模板制成的铂纳米多孔电极(粗糙度大于72)[5]可在中性条件下无酶检测葡萄糖，也不受其它干扰元素的干扰。但电极的制备方法复杂、费时、成本较高，不适合大批量生产。 
发明内容
本发明的目的是克服当前铂纳米多孔电极制备上存在的不足，如制备方法复杂、费时、成本较高，不适合大批量生产等，提出一种用电沉积制备铂纳米多孔电极的方法。 
为实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：用电沉积方法在 工作电极的衬底上沉积一层铂合金，然后用电化学刻蚀方法去合金化，形成铂纳米多孔电极。 
现详细说明本发明的技术方案。一种用电沉积制备铂纳米多孔电极的方法，该方法需在制备铂纳米多孔电极的设备中施行，所述设备含电化学工作站和电解池，所述电解池内安装有工作电极、参比电极和对电极，其特征在于，具体操作步骤： 
第一步 表面处理工作电极的衬底 
先后用0.3微米和0.05微米的氧化铝粉将工作电极的衬底的表面抛光成镜面，二次去离子水超声清洗二次，每次5分钟，工作电极的衬底是玻碳或铂圆盘； 
第二步 配制PtCu电沉积溶液 
吸取2.7ml浓硫酸于100ml容量瓶中，称取499.4mg五水硫酸铜(CuSO4·5H2O)和830.2mg氯亚铂酸钾(K2PtCl4)溶于少量水后倒入上述容量瓶中，加水至刻度，摇匀，制得PtCu电沉积溶液，即0.02M硫酸铜和0.02M氯亚铂酸钾的0.5M硫酸溶液备用，使用前通入高纯氮，赶走溶液中的氧气； 
第三步 在工作电极的衬底上沉积PtCu合金膜 
将工作电极的衬底、参比电极、对电极插入PtCu电沉积溶液，电化学工作站为工作电极的衬底和对电极提供恒定电压，恒定电压介于60-80毫伏之间，参比电极提供基准电位，PtCu合金膜沉积在工作电极的衬底上，电沉积时间由PtCu合金膜沉积厚度和沉积电流大小而定； 
第四步 配制Cu电刻蚀溶液 
吸取2.7ml浓硫酸于100ml容量瓶中，用水稀释至刻度，制得0.5M硫酸溶液备用； 
第五步 刻蚀掉PtCu合金膜中的Cu 
将工作电极的衬底、参比电极、对电极清洗干净后插入Cu电刻蚀溶液，电化学工作站为工作电极的衬底和对电极提供恒定电压，恒 定电压为350毫伏，参比电极提供基准电位，刻蚀PtCu合金膜中的Cu，至刻蚀电流降为零，在工作电极的衬底上形成铂纳米多孔电极的粗品； 
第六步 配制电极清洗溶液 
吸取5.4ml浓硫酸于100ml容量瓶中，用水稀释至刻度，制得1.0M硫酸溶液备用； 
第七步 去除铂纳米多孔电极的粗品的表面残留的杂质 
将铂纳米多孔电极的粗品、参比电极、对电极清洗干净后插入电极清洗溶液，电化学工作站为铂纳米多孔电极的粗品和对电极提供+1.0至-0.45伏的扫描电压，参比电极提供基准电位，扫描至获得可重复的伏安循环曲线为止，至此，制得铂纳米多孔电极，铂纳米多孔电极就是衬底上沉积有铂纳米多孔膜的工作电极。 
与背景技术相比，本发明有以下优点： 
1、能获得高质量的铂纳米多孔电极，其表面积比平面电极提高500倍以上，催化效果好，能完全满足无酶测定葡萄糖的需要； 
2、制备电极的操作步骤简单，所用试剂数量少，成本低，易于实施； 
3、操作在常温下进行，没有高温危险； 
4、安全、环保。 
附图说明
图1是本发明的制备多孔铂电极的装置示意图。图中，1是电化学工作站，2是工作电极的衬底，3是参比电极，4是对电极，5是不同步骤时的电解质溶液：沉积PtCu合金膜时，5a是PtCu合金电沉积溶液；刻蚀PtCu合金膜中的Cu时，5b是Cu刻蚀溶液；清除电极上的杂质时，5c是电极清洗溶液。6是电解池。 
图2是本发明的铂纳米多孔电极的结构示意图。图中，21是衬底，22是PtCu合金膜，23是铂纳米多孔膜。 
具体实施方式
现结合附图和实施例详细说明本发明的技术方案。所有的实施例均按照上述的制备方法的具体操作步骤进行操作，每个实施例仅罗列关键的技术数据。 
实施例1 
第一步中，工作电极2的衬底21是铂圆盘；第三步中，电化学工作站1提供的恒定电压为70毫伏，PtCu合金膜22的平均沉积厚度为100nm，电沉积时间为4min。 
实施例2 
除以下不同外，其余部分均与实施例1完全相同。 
第三步中，电化学工作站1提供的恒定电压为60毫伏，电沉积时间为5min。 
实施例3 
除以下不同外，其余部分均与实施例1完全相同。 
第三步中，电化学工作站1提供的恒定电压为80毫伏，电沉积时间为3min。 
实施例4 
第一步中，工作电极2的衬底21是玻碳圆盘；第三步中，电化学工作站1提供的恒定电压为70毫伏，PtCu合金膜22的平均沉积厚度为100nm，电沉积时间为4min。 
实施例5 
除以下不同外，其余部分均与实施例4完全相同。 
第三步中，电化学工作站1提供的恒定电压为60毫伏，电沉积时间为5min。 
实施例6 
除以下不同外，其余部分均与实施例4完全相同。 
第三步中，电化学工作站1提供的恒定电压为80毫伏，电沉积 时间为3min。 
参考文献 
[1]Sejin Park，Hankil Boo，Taek Dong Chung，Electrochemical non-enzymaticglucose sensors，Analytica Chimica Acta 556(2006)46-57 
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[4]Y.Sun，H.Buck，T.E.Mallouk，Combinatorial Discovery of Alloy lectrocatalystsfor Amperometric Glucose Sensors，Anal.Chem.，73(2001)1599-1604 
[5]Sejin Park，Taek Dong Chung，Hee Chan Kim，Nonenzymatic Glucose DetectionUsing Mesoporous Platinum，Anal.Chem.2003，75，3046-3049 

Claims (1)

1.一种用电沉积制备铂纳米多孔电极的方法，该方法需在制备铂纳米多孔电极的设备中施行，所述设备含电化学工作站和电解池，所述电解池内安装有工作电极、参比电极和对电极，其特征在于，具体操作步骤： 
第一步 表面处理工作电极的衬底 
先后用0.3微米和0.05微米的氧化铝粉将工作电极的衬底的表面抛光成镜面，二次去离子水超声清洗二次，每次5分钟，工作电极的衬底是玻碳或铂圆盘； 
第二步 配制PtCu电沉积溶液 
吸取2.7ml浓硫酸于100ml容量瓶中，称取499.4mg五水硫酸铜(CuSO4·5H2O)和830.2mg氯亚铂酸钾(K2PtCl4)溶于少量水后倒入上述容量瓶中，加水至刻度，摇匀，制得PtCu电沉积溶液，即0.02M硫酸铜和0.02M氯亚铂酸钾的0.5M硫酸溶液备用，使用前通入高纯氮，赶走溶液中的氧气； 
第三步 在工作电极的衬底上沉积PtCu合金膜 
将工作电极的衬底、参比电极、对电极插入PtCu电沉积溶液，电化学工作站为工作电极的衬底和对电极提供恒定电压，恒定电压介于60-80毫伏之间，参比电极提供基准电位，PtCu合金膜沉积在工作电极的衬底上，电沉积时间由PtCu合金膜沉积厚度和沉积电流大小而定； 
第四步 配制Cu电刻蚀溶液 
吸取2.7ml浓硫酸于100ml容量瓶中，用水稀释至刻度，制得0.5M硫酸溶液备用； 
第五步 刻蚀掉PtCu合金膜中的Cu 
将工作电极的衬底、参比电极、对电极清洗干净后插入Cu电刻蚀溶液，电化学工作站为工作电极的衬底和对电极提供恒定电压，恒定电压为350毫伏，参比电极提供基准电位，刻蚀PtCu合金膜中的Cu，至刻蚀电流降为零，在工作电极的衬底上形成铂纳米多孔电极的粗品； 
第六步 配制电极清洗溶液 
吸取5.4ml浓硫酸于100ml容量瓶中，用水稀释至刻度，制得1.0M硫酸溶液备用； 
第七步 去除铂纳米多孔电极的粗品的表面残留的杂质 
将铂纳米多孔电极的粗品、参比电极、对电极清洗干净后插入电极清洗溶液，电化学工作站为铂纳米多孔电极的粗品和对电极提供+1.0至-0.45伏的扫描电压，参比电极提供基准电位，扫描至获得可重复的伏安循环曲线为止，至此，制得铂纳米多孔电极，铂纳米多孔电极就是衬底上沉积有铂纳米多孔膜的工作电极。 
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