CN101941672A - 基于光催化技术的半导体纳米及金属纳米微电极阵列的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于微电极阵列制备领域，涉及一种基于光催化技术的半导体纳米及金属纳米微电极阵列的制备方法，具体步骤有：超亲水纳米TiO2膜的制备；超亲水纳米TiO2表面超疏水/亲水模板的制备；贵金属纳米粒子表面超疏水/亲水模板的制备。本发明技术操作简便，成本低廉，可大面积化，可制备各种形状、各种尺寸的微电极阵列，其尺寸可小至数微米，可制备金、银、钯、铂等一系列贵金属纳米粒子构成的微电极阵列，易于实现批量生产，无毒性，无污染，是一种制备微小电极阵列的“绿色方法”，具有环境友好性和生物适应性。并可用于多通道电化学传感器和培养细胞的载体等方面的功能材料。
Description
技术领域
本发明属于微电极阵列制备领域，具体涉及一种基于光催化技术的半导体纳米及金属纳米微电极阵列的制备方法。
背景技术
微电极阵列由多个微小电极并联而成，其既保留了原来单一微小电极优异的物理和电化学特性，如尺寸小、大的稳态电流密度、高的信噪比、极小的时间常数、低的溶液电位降和稳态测量不受与流动有关的参数影响等，又可以获得更大的电流强度，且随着电极组装形式不同总电流会有差异。已应用于高压电泳、液相色谱和流动分析的检测器，并在临床诊断、发酵控制、病理药理方面具有良好的应用前景，还可用于多通道电化学传感器和培养细胞的载体等方面的功能材料。
1987年，Martin(Anal.Chem.，1987，59，2625)采用电化学沉积法在聚碳酸酷模板上制得半径为100nm的铂纳米阵列盘微电极，并对其进行电化学表征，用该电极研究得出的电化学响应与已建立的电化学理论相一致。1992年，Strein(Anal.Chem.，1992，64，1368)等采用火焰烧蚀法制得尖端直径为100nm的碳纤维微电极，用于微小体系的分析检测。1999年，schift(Microelectronic.Eng.，1999，46，121)采用纳米压印方法(nanoimprint)制备得到特征尺寸为25nm的组合金属阵列微电极。1999年，slevin(Electrochem.Common.，1999，1，282)用刻蚀一涂层法制得尖端半径为1pm-10nm的一系列铂电极。然而，设计一种无毒、无污染、适合批量生产微小电极的方法还有待科研工作者进一步研究。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于光催化技术的半导体纳米及金属纳米微电极阵列的制备方法，该方法可制备各种形状、各种尺寸的超疏水/亲水微电极阵列，其尺寸可小至数微米，还可制备金、银、铂一系列贵金属纳米粒子构成的超疏水/亲水微电极阵列。
本发明提出的一种基于光催化技术的半导体纳米及金属纳米微电极阵列的制备方法，具体步骤如下：
(1)超亲水纳米TiO2膜的制备
将铟锡氧化物(ITO)导电玻璃分别用去离子水、乙醇、1mol/L的KOH水溶液超声清洗半小时，去离子水洗净并吹干，将锐钛矿纳米TiO2溶胶通过旋涂法修饰在铟锡氧化物导电玻玻璃上，并在723K下烧结1h，得到超亲水纳米TiO2膜；
(2)超亲水纳米TiO2表面超疏水/亲水模板的制备
将步骤(1)制得的超亲水纳米TiO2膜浸泡在含烷氧基硅基的长链脂肪烃的乙醇溶液中，将光掩膜放在TiO2膜背面，用10-80mW/cm2紫外光从光掩膜一侧光照5-200min，得到纳米TiO2表面超疏水/亲水模板；
(3)贵金属纳米粒子表面超疏水/亲水模板的制备
将贵金属离子水溶液滴加到步骤(2)所得的纳米TiO2表面超疏水/亲水模板上，将光掩膜放在该模板背面，用10-80mW/cm2紫外光从光掩膜一侧光照1-60min，即制得所需产物。
本发明中，步骤(2)中使用的含烷氧基硅基的长链脂肪烃为十八烷基三乙氧基硅烷(ODS)，十八烷基三乙氧基硅烷与乙醇体积比为1∶5-1∶10，修饰十八烷基三乙氧基硅烷的时间为12-72h。
本发明中，步骤(3)中使用的贵金属离子水溶液可以是金、银、钯或铂离子水溶液中的一种。贵金属离子水溶液滴加到TiO2表面超疏水/亲水模板上可以使贵金属离子随水选择性地进入模板上的亲水区域，起到“分子模板”的作用。
本发明中，纳米TiO2表面超疏水/亲水模板中纳米TiO2的直径大约20-50nm，ODS的分子链长只有几十埃，相对于纳米TiO2的表面粗糙度和模板尺寸，修饰在纳米TiO2表面的ODS高度可以忽略不计；制备的贵金属纳米粒子表面超疏水/亲水模板其亲水区域贵金属纳米粒子的高度在几百纳米，ODS的分子链长只有几十埃，所以该模板是隆起状的贵金属纳米粒子超疏水/亲水模板。
本发明中，两种模板的超疏水和超亲水区域的电化学活性有非常大的差异，从而可以作为微电极阵列使用。
本发明的有益效果在于：技术操作简便，成本低廉，可大面积化，可制备各种形状、各种尺寸的微电极阵列，其尺寸可小至数微米，可制备金、银、钯、铂等一系列贵金属纳米粒子构成的微电极阵列，易于实现批量生产，无毒性，无污染，是一种制备微小电极阵列的“绿色方法”，具有环境友好性和生物适应性。并可用于多通道电化学传感器和培养细胞的载体等方面的功能材料。
附图说明
图1是本发明的制备过程示意图，其中，(a)是在纳米TiO2上修饰ODS后的超疏水界面图；(b)是紫外光光刻后的ODS/TiO2模板图；(c)是以ODS/TiO2模板为基底，位选择光催化沉积贵金属纳米粒子制备的贵金属纳米粒子模板图；
图2是本发明的ODS/TiO2模板荧光显微镜图，其中，(a)是10μm条形ODS/TiO2模板荧光显微镜图；(b)是8μm圆形ODS/TiO2模板荧光显微镜图；
图3是本发明的贵金属微电极阵列显微镜图，其中，(a)是10μm条形金纳米粒子模板显微镜图；(b)是8μm圆形金纳米粒子模板显微镜图；
具体实施方式
下面的实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。
实施例1：
制备10μm条形ODS/TiO2模板
ITO导电玻璃分别用去离子水、乙醇、1mol/L的KOH水溶液超声清洗半小时，去离子水洗净并吹干。将锐钛矿纳米TiO2溶胶通过旋涂法修饰在ITO玻璃上，并在723K下烧结1h，得到超亲水纳米TiO2膜。将纳米TiO2膜浸泡在ODS的乙醇溶液中(ODS与乙醇体积比：1∶7)，修饰24小时，得到TiO2/ODS超疏水界面。将间距为10μm的10μm条形光掩膜放在ITO玻璃背面，用波长为254nm、50mW/cm2紫外光从ITO玻璃背面光照半小时，得到10μm条形ODS/TiO2模板，如图2(a)所示。
制备10μm条形金纳米粒子模板
将0.1mol/L HAuCl4水溶液滴在该微电极阵列上，用50mW/cm2紫外光从光掩膜一侧光照半小时，制备出10μm条形金纳米粒子超疏水/亲水模板，如图3(a)所示。
实施例2：
制备8μm圆形ODS/TiO2模板
ITO导电玻璃分别用去离子水、乙醇、1mol/L的KOH水溶液超声清洗半小时，去离子水洗净并吹干。将锐钛矿纳米TiO2溶胶通过旋涂法修饰在ITO玻璃上，并在723K下烧结1h，得到超亲水纳米TiO2膜。将纳米TiO2膜浸泡在ODS的乙醇溶液中(ODS与乙醇体积比：1∶7)，修饰24小时，得到TiO2/ODS超疏水界面。将圆心间距为50μm、半径为8μm的圆形光掩膜放在ITO玻璃背面，用波长为254nm、50mW/cm2紫外光从ITO玻璃背面光照半小时，得到8μm的圆形ODS/TiO2模板，如图2(b)所示。
制备8μm圆形金纳米粒子模板
将0.1mol/L HAuCl4水溶液滴在该微电极阵列上，用50mW/cm2紫外光从光掩膜一侧光照半小时，制备出6μm圆形金纳米粒子超疏水/亲水模板，如图3(b)所示。
Claims (3)
1.一种基于光催化技术的半导体纳米及金属纳米微电极阵列的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
(1)超亲水纳米TiO2膜的制备
将铟锡氧化物导电玻璃分别用去离子水、乙醇、1mol/L的KOH水溶液超声清洗半小时，去离子水洗净并吹干，将锐钛矿纳米TiO2溶胶通过旋涂法修饰在铟锡氧化物导电玻璃上，并在723K下烧结1h，得到超亲水纳米TiO2膜；
(2)超亲水纳米TiO2表面超疏水/亲水模板的制备
将步骤(1)制得的超亲水纳米TiO2膜浸泡在含烷氧基硅基的长链脂肪烃的乙醇溶液中，将光掩膜放在TiO2膜背面，用10-80mW/cm2紫外光从光掩膜一侧光照5-200min，得到纳米TiO2表面超疏水/亲水模板；
(3)贵金属纳米粒子表面超疏水/亲水模板的制备
将贵金属离子水溶液滴加到步骤(2)所得的纳米TiO2表面超疏水/亲水模板上，将光掩膜放在该模板背面，用10-80mW/cm2紫外光从光掩膜一侧光照1-60min，即制得所需产物。
2.根据权利要求1所述的一种基于光催化技术的半导体纳米及金属纳米微电极阵列的制备方法，其特征在于步骤(2)中使用的含烷氧基硅基的长链脂肪烃为十八烷基三乙氧基硅烷，十八烷基三乙氧基硅烷与乙醇体积比为1∶5-1∶10，修饰十八烷基三乙氧基硅烷的时间为12-72h。
3.根据权利要求1所述的一种基于光催化技术的半导体纳米及金属纳米微电极阵列的制备方法，其特征在于步骤(3)中使用的贵金属离子水溶液是金、银、钯或铂离子水溶液中的一种。
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2010
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 《Analytical Chemistry》 20091001 X.G.Li et al Fabrication of TiO2 and metal nanoparticle-microelectrode arrays by photolithography and site-selective photocatalytic deposition 第8249-8255页 1-3 第81卷, 第19期 2 * |
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