CN105017482A - 用于检测4-壬基酚的表面分子印迹聚离子液体及其制备方法和用途 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于检测4-壬基酚的氮掺杂石墨烯/碳纳米管的表面分子印迹聚离子液体及其制备方法和用途，该表面分子印迹聚离子液体是氮化石墨烯-氮化碳纳米管复合物、功能单体、交联剂和模板分子在引发剂作用下聚合形成并除去模板分子的复合材料，所述功能单体为溴化1-乙烯基-3-乙基咪唑；所述交联剂为乙二醇二甲基丙烯酸酯和溴化1，4-丁烷-3，3’-双-1-乙烯基咪唑；所述模板分子为4-壬基酚。本发明可将该表面分子印迹聚离子液体制备成NG/NCNT-MIPs传感器，该传感器对4-壬基酚具有较好的吸附能力与选择性，4-壬基酚检测范围为0.01-10.0μM，检测限为0.005μM(S/N＝3)，为氮掺杂的石墨烯材料的应用提供了新方向。

Description

用于检测4-壬基酚的表面分子印迹聚离子液体及其制备方法和用途

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种用于检测4-壬基酚的氮掺杂石墨烯/碳纳米管的表面分子印迹聚离子液体及其制备方法和用途。

背景技术

4-壬基酚是生产聚合物表面活性剂的一种中间产物，同时它也是一种内分泌干扰物，它是在抗氧化剂的制造中所使用的生物外源性化合物，比如润滑油添加剂和生产壬基酚聚氧乙烯醚的表面活性剂。其结构与雌激素相似，具有雌激素作用，它能影响动物的繁殖。所以，4-壬基酚的环境监测具有重要意义。

目前检测4-壬基酚的主要方法有高效液相色谱法、气相质谱法、液相色谱-电喷雾质谱和电化学免疫传感器法等。由于电化学法具有灵敏、成本低、操作简单等特点，而成为快速检测4-壬基酚的一种常用方法。

为了提高碳纳米材料的性质，可以向碳材料中掺杂一些元素来改变碳材料的电子性质和化学性质，比较常见的元素有硼和氮。而氮掺杂碳材料在氧化还原反应中已被广泛应用，如采用化学气相沉淀法在石墨毡表面合成氮掺杂的碳纳米管，并且成功应用于全钒氧化还原液流电池的电极材料中，结果显示用此电极材料的电池性能显著提高；用Ni催化剂热解在石墨烯表面的吡啶制备了三维的氮掺杂碳纳米管/石墨烯混合物，并将其应用于氧化还原中电催化剂，结果显示了其电催化活性高。因此，氮掺杂的碳材料正在日趋受到科学工作者的关注。

近年来，分子印迹技术已得到广泛的研究和应用在许多领域，它在合成聚合物过程中引入了识别元件而成为一种有希望前景的技术。分子印迹聚合物具有良好的吸附性和选择性，已经应用于分析化学和生物学上。表面分子印迹技术是指基质在纳米材料的表面发生聚合反应，从而使分子识别位点分布在聚合物表面，经过洗脱后增加分子识别位点，同时加快对模板分子的识别点和速度，进一步提高纳米材料的吸附能力，并且能有效解决传统聚合中印迹包埋过深、过紧和难以洗脱等缺点。

有研究者已经报道了基于二氧化硅、石墨烯、多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)等材料表面分子印迹材料，因此该方法也正日趋走向成熟。

发明内容

本发明提供了一种具有良好的吸附性和对4-壬基酚较好选择性的氮掺杂石墨烯/碳纳米管的表面分子印迹聚离子液体。

一种表面分子印迹离子液体，它是氮化石墨烯-氮化碳纳米管复合物、功能单体、交联剂和模板分子在引发剂作用下聚合形成并除去模板分子的复合材料，所述功能单体为溴化1-乙 烯基-3-乙基咪唑；所述交联剂为乙二醇二甲基丙烯酸酯和溴化1，4-丁烷-3，3’-双-1-乙烯基咪唑；所述模板分子为4-壬基酚。

具体的，所述引发剂为偶氮二异丁腈。

优选的，所述溴化1-乙烯基-3-乙基咪唑、乙二醇二甲基丙烯酸酯、溴化1，4-丁烷-3，3’-双-1-乙烯基咪唑的摩尔比为1～2∶4～6∶4～6；更优选，摩尔比为2∶5∶5。

优选的，所述氮化石墨烯-氮化碳纳米管复合物与模板分子的重量摩尔比为1.0～2.0g∶0.1mmol；更优选，重量摩尔比为1.0g∶0.1mmol。

优选的，所述功能单体与引发剂的摩尔比为1～3∶1；更优选，摩尔比为2∶1。

本发明还提供了表面分子印迹离子液体的制备方法，包括以下步骤：将模板分子加入溶剂中，再加入功能单体、交联剂、引发剂和氮化石墨烯-氮化碳纳米管复合物，混合均匀进行聚合反应，反应完成后收集产物，脱除产物中的模板分子，最后干燥制得所述表面分子印迹离子液体。

优选的，所述聚合反应的温度为60～80℃，时间为12～36小时；更优选，温度为60℃，时间为24h。

本发明还提供了一种利用所述表面分子印迹离子液体制成的电化学传感器。

本发明还提供了所述电化学传感器在检测4-壬基酚中的应用。

本发明表面分子印迹离子液体以4-壬基酚为模板，以离子液体溴化1-乙烯基-3-乙基咪唑为功能单体，以离子液体溴化1，4-丁烷-3，3’-双-1-乙烯基咪唑和乙二醇二甲基丙烯酸酯为双交联剂通过引发剂聚合而成，采用表面分子印迹技术制备聚合物复合材料(NG/NCNT-MIPs)；并制备获得NG/NCNT-MIPs传感器，该传感器对4-壬基酚具有较好的吸附能力与选择性，4-壬基酚检测范围为0.01-10.0μM，检测限为0.005μM(S/N＝3)，为氮掺杂的石墨烯材料的应用提供了新方向。

附图说明

图1为本发明表面分子印迹聚合物(NG/NCNT-MIPs)的制备流程图以及电化学检测结果。

图2为本发明GO(a)、CNT-COOH(b)、和NG-NCNT(c)和NG/NCNT-MIPs(d)的红外光谱图。

图3A为GO(a)、CNT-COOH(b)、NG-NCNT(c)和NG/NCNT-MIPs(d)的热重分析(TGA)曲线图。

图3B为GO(a)、CNT-COOH(b)、NG-NCNT(c)和NG/NCNT-MIPs(d)的拉曼光谱图。

图4为本发明各材料的SEM与TEM表征图；

A：GO的SEM表征图；B：MWCNTs-COOH的SEM表征图；C：NG-NCNT的SEM表征图；D：NG/NCNT-MIPs的SEM表征图；E：GO的TEM表征图；F：MWCNTs-COOH的TEM表征图；G：NG-NCNT的TEM表征图；H：NG/NCNT-MIPs的TEM表征图。

图5为GO(a)、CNT-COOH(b)、NG-NCNT(c)和NG/NCNT-MIPs(d)的XRD表征图。

图6A为GO(a)、CNT-COOH(b)、NG-NCNT(c)和NG/NCNT-MIPs(d)的X-光电子能谱(XPS)分析结果；图6B为GO中C1s的XPS全谱图；图6C为NG-NCNT中N1s的XPS全谱图。

图7为NG/NCNT-MIPs(a)和NG/NCNT-NIPs(b)修饰电极吸附5μM NP的PBS后的DPV图(图上部为修饰电极上NP的电化学反应原理，富集时间：5min)。

图8为NG-NCNT(a)、NG/NCNT-MIPs(b)、NG/NCNT-NIPs(c)、GCE(d)在5mM K₃[Fe(CN)₆]与0.1M KCl中的循环伏安图谱(CV)。

图9为NG-NCNT(a)、NG/NCNT-MIPs(b)、NG/NCNT-NIPs(c)、GCE(d)在5mM K₃[Fe(CN)₆]、5mM K₄[Fe(CN)₆]与50mM KCl中的电化学阻抗图谱(EIS)。

图10A为NG/NCNT-MIPs(a)、NG/NCNT-NIPs(b)、GCE(c)修饰电极在0.5mM K₃[Fe(CN)₆]的Q-t曲线图；

图10B为NG/NCNT-MIPs(a)、NG/NCNT-NIPs(b)、GCE(c)修饰电极在0.5mM K₃[Fe(CN)₆]的Q-t^1/2曲线图。

图11为GO/CNT-COOH的比例(A)、NG/NCNT-MIPs的浓度(B)、吸附时间(C)、pH(D)对NG/NCNT-MIPs修饰电极DPV电流响应影响(测试条件为0.1M PBS，10μM NP)。

图12为NG/NCNT-MIPs(I_S)和NG/NCNT-NIPs(I₀)修饰电极对5μM NP和类似物吸附5min后的DPV电流响应(测定条件：吸附时间5min，0.1M PBS(pH＝7.0))。

图13A为NG/NCNT-MIPs传感器对NP的线性DPV响应曲线，其中，NP的浓度(μM)：0(a)，0.01(b)，0.05(c)，0.5(d)，1(e)，3(f)，5(g)，7(h)，10(i)；

图13B为传感器NG/NCNT-MIPs(a)，RGO-NIPs(b)测定BPA的标准曲线，(测定条件：吸附时间5min，0.1M PBS(pH＝7.0))。

具体实施方式

本发明采用的原料如表1所示：

表1

实施例1

1、功能单体的制备：溴化1-乙烯基-3-乙基咪唑离子液体([C₂min][Br])

取0.1mol 1-乙烯基咪唑和0.1mol溴乙烷混合均匀后，加入30mL甲醇，60℃回流15h。待反应完成后冷却至室温，倒入500mL乙醚中，将下层有机物过滤出来，室温真空干燥过夜，所得产物即为溴化1-乙烯基-3-乙基咪唑。¹H NMR(400MHz，DMSO，ppm)：9.74(s，1H)，8.27(s，1H)，8.00(s，1H)，6.00(dd，1H)，5.37(dd，1H)，5.32(dd，1H)，4.25(q，2H)，1.41(t，3H)；¹³C NMR(400MHz，DMSO，ppm)：135.04，128.85，123.09，119.31，108.87，44.83，15.06。

具体的反应方式：

2、交联剂的制备：溴化1，4-丁烷-3，3’-双-1-乙烯基咪唑离子液体([C₄min₂][Br]) 

取0.1mol 1-乙烯基咪唑和0.05mol 1，4-二溴丁烷混合均匀后，加入30mL甲醇，60℃搅拌15h。待反应完成后冷却至室温，倒入500mL乙醚中，将下层有机物过滤出来，室温真空干燥过夜，所得产物即为溴化1，4-丁烷-3，3’-双-1-乙烯基咪唑。

¹H NMR(400MHz，DMSO，ppm)：9.74(s，1H)，8.28(s，1H)，8.02(s，1H)，7.34(dd，1H)，6.00(d，1H)，5.42(d，1H)，4.30(s，2H)，1.87(s，2H)；¹³C NMR(400MHz，DMSO，ppm)：135.48，128.93，123.28，119.19，108.72，48.39，25.75。

具体的反应方式：

3、NCNT-COOH的合成

取100mg多壁碳纳米管于1000ml圆底烧瓶中，加入浓硫酸与浓硝酸，体积比为3∶1，超声处理10个小时，静置，离心并用高纯水洗至中性，最后，于干燥箱中60摄氏度下干燥过夜。

4、氮化石墨烯-氮化碳纳米管复合物(NG-NCNT)的合成

氧化石墨烯(GO)的制备：0.5g光谱纯石墨、0.5g硝酸钠、23mL浓硫酸依次加入至250mL圆底烧瓶中，并在冰浴中搅拌，缓慢加入3g KMnO₄混合均匀后于35℃的油浴中搅拌过夜。然后，逐滴加入40mL水，加完后将温度升高至95℃，搅拌30min。最后，缓慢加入100mL水，再加入3mL H₂O₂(30％)，抽滤，依次用1M盐酸、水洗涤二次，过滤物在45℃下干燥得到氧化石墨烯(GO)。

NG/NCNT的制备：将9.0mL NCNT-COOH溶液(2.4mg/mL)缓慢加入至10.0mL GO溶液(2.8mg/mL)，待两者混合均匀后，缓慢加入0.5mL氨水，室温搅拌5min后移入25mL反应釜中，180℃反应12h。待反应完成后用二次水洗涤多次，60℃真空干燥过夜即得NG-NCNT。

5、表面分子印迹聚合物(NG/NCNT-MIPs)的合成

向50mL圆底烧瓶中依次加入0.1mmol 4-壬基酚和混合溶剂30mL溶剂(甲醇∶甲苯＝1∶1)，再加入0.1g NG-NCNT和0.4mmol溴化1-乙烯基-3-乙基咪唑，磁力搅拌2h进行预聚合反应，然后加入1.0mmol EGDMA和1.0mmol溴化1，4-丁烷-3，3’-双-1-乙烯基咪唑和0.2mmol AIBN。充氮气除氧30min后用封口膜封好烧瓶口，60℃油浴反应24h。所得产物用溶剂(甲醇∶乙酸＝9∶1)索氏提取除去模板分子，60℃干燥即可制得表面分子印迹聚合物(NG/NCNT-MIPs)。

采用相同方法，不加模板分子制备非印迹聚合物NG/NCNT-NIPs。

6、电化学传感器的制备

裸玻碳电极依次用0.3μm和0.05μm的Al₂O₃粉末抛光处理成镜面，然后用无水乙醇和 二次水超声5min，室温干燥。5.0mg的NG/NCNT-MIPs(或NG/NCNT-NIPs)加入至1mL N，N-二甲基甲酰胺中，超声混合均匀，最后取该混合溶液5μL滴涂至刚晾干的裸玻碳电极表面，干燥即得NG/NCNT-MIPs/GCE(NG/NCNT-NIPs/GCE)。

7、NG/NCNT-MIPs的制备及其电化学检测

NG/NCNT-MIPs的制备及其电化学检测过程如图1所示。

首先将氧化石墨烯与羧基化碳纳米管混合均匀后加入氨水，水热法制备得到NG-NCNT；然后以NG-NCNT为载体，4-壬基酚(NP)为模板分子，溴化1-乙烯基-3-乙基咪唑为功能单体，NG-NCNT首先通过π-π作用预吸附NP和功能单体，使其两者在NG-NCNT表面进行预聚合反应，然后以EGDMA和溴化1，4-丁烷-3，3’-双-1-乙烯基咪唑为双交联剂，AIBN为引发剂，从而制备了NG/NCNT-MIPs。

将此复合材料溶解于N，N-二甲基甲酰胺中，并滴涂至玻碳电极表面，制备NG/NCNT-MIPs/GCE；然后将此修饰电极置于含有NP的PBS中吸附，并在该吸附液中进行电化学检测。NG/NCNT-MIPs去除模板分子后，会产生与NP大小匹配的空穴，这对NP具有特异性吸附。因此，NG/NCNT-MIPs/GCE可实现NP的特异性检测。

8、红外光谱表征

图2是GO(a)、CNT-COOH(b)、和NG-NCNT(c)和NG/NCNT-MIPs(d)的红外光谱图。从图2中可以看出，3435cm^-1处强的吸收峰归属于GO上O-H的伸缩振动，1725cm^-1和1630cm^-1分别是GO上C＝O和C＝C的伸缩振动峰。CNT-COOH在3435cm^-1的吸收峰归属于羧基的O-H伸缩振动峰如图2(b)所示。如图2(c)所示，当氮掺杂后，在1125cm^-1处出现了C-N的伸缩振动峰，说明NG-NCNT已经合成。图2(d)为NG/NCNT-MIPs的红外光谱图，从图中可以看出，在1556cm^-1、1161cm^-1出现了新的吸收峰，且这些峰分别归属于离子液体咪唑环上C＝N、C-N的伸缩振动，说明RGO表面已经聚合上了MIPs，证明NG/NCNT-MIPs已成功制备。

9、热重分析和拉曼光谱表征

图3A是GO(a)、CNT-COOH(b)、NG-NCNT(c)和NG/NCNT-MIPs(d)的热重分析(TGA)曲线图。GO在50℃～200℃之间质量损失较大(曲线a)，这主要是因为GO中大量含氧基团分解，而在200℃～700℃质量损失较小是由于碳骨架的分解，损失达到了75％。相比GO，CNT-COOH具有较好的热稳定性，质量损失只有6％左右(曲线b)。NG-NCNT与CNT-COOH一样具有较好的热稳定性，质量损失16％左右(曲线c)。但是NG/NCNT-MIPs在250℃～450℃具有较大的质量损失，损失约达到了50％(曲线d)，这主要是来源于MIPs的碳骨架的分解。TGA结果说明了NG/NCNT-MIPs成功制备。图3B是GO(a)、CNT-COOH(b)、NG-NCNT(c) 和NG/NCNT-MIPs(d)的拉曼光谱图。从图中可以看出，在1346cm^-1和1597cm^-1处出现了两个强峰，这分别归属于D峰和G峰，D峰归属于sp³杂化的碳原子振动所致，而G峰则归属于sp²杂化的碳原子在晶格内平面振动所致。而D峰和G峰的强度比(I_D/I_G)则是用来表示材料内部混乱程度的一种方法，因此我们对这四种材料的I_D/I_G的比值进行了对比，GO、CNT-COOH、NG-NCNT和NG/NCNT-MIPs的I_D/I_G分别为：0.966，1.006，1.008，1.014。一般说来，I_D/I_G的比值越大，其材料内部混乱度越大，而当氮掺杂后，I_D/I_G的比值增大了这可能归因于碳晶格缺陷增加了。由上述数据可见NG/NCNT-MIPs的I_D/I_G比值最大，这是因为MIPs嫁接到了NG-NCNT的表面。比较NG-NCNT和NG/NCNT-MIPs拉曼图，可看出NG/NCNT-MIPs的峰强度比NG-NCNT要弱，这是由于NG/NCNT-MIPs中只有一部分成分是NG-NCNT。拉曼光谱结果进一步证明了NG/NCNT-MIPs的已经成功制备。

10、SEM与TEM表征

SEM用来表征GO、MWCNTs-COOH、NG-NCNT和NG/NCNT-MIPs。如图4(A)所示，GO表面呈现褶皱状。MWCNTs-COOH呈现管状结构，平均直径约为20nm，如图4(B)。图4(C)为NG-NCNT的SEM图，表面既有褶皱而且还有碳纳米管管状结构，说明NG-NCNT是石墨烯与碳纳米管的复合材料。当接上了MIPs之后，碳纳米管变粗了，石墨烯片层结构也变厚了，如图4(D)所示。为了更能清楚观察材料的表面形貌，我们还采用了TEM来对其表征。图4(E)为GO的TEM图，可以看到GO片层褶皱且很薄。MWCNTs-COOH的TEM图与SEM一致，管状结构，直径约会20nm，如图4(F)。当与石墨烯复合时，碳纳米管管状结构会镶嵌在石墨烯里层，如图4(G)所示。图4(H)为NG/NCNT-MIPs的TEM图，可以看出石墨烯层变厚了且碳纳米管变粗了。SEM和TEM表征证明了NG/NCNT-MIPs已成功制备。

11、XRD表征

通过XRD对GO、CNT-COOH、NG-NCNT和NG/NCNT-MIPs进行了晶体结构分析，如图5所示，GO在2θ＝10.7°出现了一个衍射峰(曲线a)，其层间距为0.823nm，而CNT-COOH与NG-NCNT衍射峰位置差不多，大约在2θ＝25.3°处(曲线b、c)，只是强弱不同，其层间距为0.352nm。与CNT-COOH和NG-NCNT相比，当接上印迹聚合物之后，其衍射峰明显变宽变弱了，且左移至2θ＝23.2°(曲线d)，说明接上MIPs后其材料内部晶体结构被破坏，层间距变为0.383nm，层间距相比NG-NCNT变大了，这是因为在NG-NCNT表面接上了MIPs。

12、XPS表征

为了进一步剖析产物中元素的组成，我们对其进行了X-光电子能谱(XPS)分析。实验结果如图6所示。图6A为四种材料的XPS谱图，利用改进Hummers的方法制备的GO中氧元素的含量为31.09％(a)，当与CNT-COOH混合且进行氮掺杂后，氧元素的含量降低了，只有 4.89％，同时也出现了氮元素，其含量为2.17％(c)，说明NG-NCNT已经合成了。与NG-NCNT相比，NG/NCNT-MIPs(d)中氮元素的含量增加至8.60％并且出现一个新的元素Br，含量为3.92％，这是因为我们所用的功能单体与交联剂中有氮溴两种元素，由XPS分析可得NG/NCNT-MIPs已成功制备。

图6B为GO中C1s的XPS全谱图，从图中可以看出，GO中C1s主要有四种碳组成，位于284.8eV、286.8eV、288.2eV和289.1eV的谱峰分别属于C-C(C＝C/C-H)、C-O-C(C-OH)、C＝O以及O-C＝O官能团，这与GO的红外图谱也是基本一致的。为了研究材料中氮元素的存在形式，我们对NG-NCNT中N1s做了全谱图，如图6C。从图中可以看出，NG-NCNT中N1s主要有三种氮组成，位于398.6eV、400.0eV、400.6eV和401.3eV的谱峰分别属于吡啶型氮，C-N(C＝N)，吡咯型氮和类石墨烯氮四种不同类型的氮结构，说明氮元素已经成功掺杂进了石墨烯和碳纳米管的晶格中，NG-NCNT已成功制备。

13、修饰电极对NP和K₃[Fe(CN)₆]的电化学行为

为了考察印迹与非印迹材料对NP的吸附性能，将NG/NCNT-MIPs与NG/NCNT-NIPs浸入含有5.0μM NP的0.1M PBS(pH＝7.0)溶液中搅拌吸附5min，并在该吸附液中进行CV检测，实验结果如图7所示。根据印迹与非印迹电极对5.0μM NP的CV电流大小，可以看出印迹电极的电流响应比非印迹电极电流响应大，这是归因于印迹位点识别。NG/NCNT-MIPs对NP的电流响应大小大约是NG/NCNT-NIPs的1.6倍。这是因为印迹聚合物材料表面具有与模板分子NP一样形状大小的印迹空穴，可以对溶液中的NP特异性吸附。而非印迹聚合物没有此印迹空穴，从而对NP的吸附量要比印迹聚合物少。

为了进一步研究修饰电极材料的电化学性能，我们将NG-NCNT、NG/NCNT-MIPs、NG/NCNT-NIPs和裸电极作为工作电极，分别置于含有5mM的K₃[Fe(CN)₆]和0.1M KCl的混合溶液中，测定其循环伏安。如图8所示，NG-NCNT工作电极的氧化还原电流响应最大(曲线a)，这是因为NG-NCNT具有良好的导电性，而当在NG-NCNT表面接上MIPs后其电流响应略有降低(曲线b)，这是由于NG-NCNT的电催化活性要比MIPs好。NG/NCNT-NIPs导电性略好于裸玻碳电极(曲线c)，这是由于NG/NCNT-NIPs是NG-NCNT的复合材料，也具有一定的导电性。而NG/NCNT-MIPs要比NG/NCNT-NIPs的电流响应大，这是由于NG/NCNT-MIPs具有较多的空穴位点，促进了电极表面的电子传递，说明表面印迹材料的识别位点可以加快铁氰根离子在电极表面的扩散，促进了氧化还原反应的进行。

电化学交流阻抗谱(EIS)也被用来进一步表征材料的导电性能，图9为NG-NCNT、NG/NCNT-MIPs、NG/NCNT-NIPs和GCE的电化学交流阻抗谱图。其图谱通常是由半圆和直线两部分组成，其中半圆的直径表示电子传质阻力，半圆直径越小就说明阻力越小，导电性越好。如图9(d)为GCE的阻抗谱图，其电子传质阻力约为160Ω。当滴涂上NG/NCNT-MIPs材料后，电子传质阻力变小了，如图9(b)所示。这说明印迹材料加快了[Fe(CN)₆]^3-/4-在电极表面的电子传递，这可能归因于石墨烯具有良好的导电性。与NG/NCNT-MIPs/GCE相比， NG/NCNT-NIPs修饰电极的电子传质阻力比印迹材料略微大一点，如图9(c)所示。这是由于非印迹材料中没有特异性的孔穴，不能加快[Fe(CN)₆]^3-/4-在电极表面的电子传递，但由于非印迹材料也是NG-NCNT的复合材料，因而其电子传质阻力要比裸电极好。而NG-NCNT电极的阻抗图谱几乎成为了一条直线，图9(a)，这是由于NG-NCNT表面无MIPs材料导电性更好。EIS结果与上述修饰电极对K₃[Fe(CN)₆]的电化学行为研究结果也是一致的。

14、电化学有效表面积

通过计算Q与t^1/2的斜率来获得NG/NCNT-MIPs/GCE、NG/NCNT-NIPs/GCE和裸玻碳电极的电化学有效表面积A。首先采用计时库仑法测定0.5mM K₃[Fe(CN)₆]的Q-t曲线(如图10A)，然后得到相应的Q与t^1/2的标准曲线方程(如图10B)，从而获得斜率，根据Anson公式1：

$Q\left(t\right)=\frac{2{\mathrm{nFACD}}^{1/2}{t}^{1/2}}{{\mathrm{\π}}^{1/2}}+Q_{d1}+Q_{ads}$

n是电子传递数(K₃[Fe(CN)₆]的n为1)，A是工作电极的表面积，C是基质的浓度，D是扩散系数(K₃[Fe(CN)₆]的D是7.6×10^-6cm²/s)，Q_dl是双层电荷可以通过背景差去除，Q_ads是法拉第常数。NG/NCNT-MIPs/GCE(a)、NG/NCNT-NIPs/GCE(b)和GCE(c)的Q和t^1/2间线性关系斜率分别是2.23×10^-5、1.28×10^-5和4.89×10^-6。因此，由公式计算出NG/NCNT-MIPs/GCE、NG/NCNT-NIPs/GCE和裸玻碳电极的A分别为0.297cm²、0.170em²和0.065cm²。结果表明，NG/NCNT-MIPs/GCE的电化学有效表面积最大，这可以增加修饰电极对NP的吸附量，从而提高检测NP的电流响应，降低测定NP的检测限。

15、材料与测定条件优化

为了得到最优的实验条件，我们对GO与CNT-COOH的混合比例进行了优化。采用DPV法考察了两者比例对NG/NCNT-MIPs修饰电极对于10μM NP的电流响应的影响。如图11A所示，发现当GO/CNT-COOH为7∶10时，电流响应最大，因而本实验采用GO/CNT-COOH为7∶10为最佳反应条件。

同时为了得到最优的检测条件，我们也采用DPV法考察了NG/NCNT-MIPs的浓度、吸附时间以及溶液pH对NG/NCNT-MIPs修饰电极对于10μM BPA的电流响应的影响。图11B是NG/NCNT-MIPs的浓度对NP电流大小的影响，发现在5.0mg/mL时DPV电流响应最大，当浓度小于5.0mg/mL，由于滴涂到电极表面的NG/NCNT-MIPs较少，所以相应的印迹位点也少，电流而变小；而当浓度大于5.0mg/mL时，NG/NCNT-MIPs的修饰膜太厚阻碍电子传递到电极的表面，因此相应的电流也随之变小；所以本文选择NG/NCNT-MIPs浓度为5.0mg/mL。图11C是吸附时间对电流大小的影响，从图可以看出吸附时间在5min时电流达到最大，说明NG/NCNT-MIPs电极具有较短的响应时间，体现了表面印迹的优越性，因此本文选择的吸附时间为5min。图11D是不同pH的PBS溶液对NP电流大小的影响，当pH从5.0-9.0 时，电流随着pH的变大而增大；当pH＝7.0时，响应电流最大。因此所以本文选择pH为7.0。

16、传感器选择性

本实验所合成的表面印迹材料NG/NCNT-MIPs的目的在于提高电化学传感器的选择性，因此我们考察了NG/NCNT-MIPs和NG/NCNT-NIPs的电化学传感器对NP和其四种类似物雌酮(E1)、雌二醇(E2)、雌三醇(E3)和己烯雌酚(DES)的选择性。如图12所示，我们发现NG/NCNT-MIPs修饰电极对NP的电流响应分别是相同条件下的E1、E2、E3、DES的2.86、2.33、3.23、41.3倍。而NG/NCNT-NIPs修饰电极对E1、E2、E3和DES的响应电流差别不大。这结果表明，NG/NCNT-MIPs表面印迹材料对NP具有较好的吸附性，这归因于NG/NCNT-MIPs材料形成了与NP尺寸大小相同的印迹空穴，从而可以对模板分子NP产生特异性吸附。

17、线性范围、检测限、重现性及稳定性

本实验我们采用DPV法研究了NG/NCNT-MIPs的电化学传感器对NP的线性范围和检测限。如图13A所示，随着NP浓度的增大，在0.496V处的氧化峰电流也随之增大，其响应电流大小与NP浓度在0.01～10.0μM范围内有良好的线性关系，线性方程为I(μA)＝0.15028C(μM)+0.00893，标准曲线如图13B(a)所示，其线性相关系数为0.998。为了证实NG/NCNT-MIPs/GCE的优越性，我们也做了NG/NCNT-NIPs/GCE的线性，线性方程为I(μA)＝0.07589C(μM)-0.03747。我们将K_NG/NCNT-MIPs与K_NG/NCNT-NIPs分别表示NG/NCNT-MIPs和NG/NCNT-NIPs传感器的斜率，则K_NG/NCNT-MIPs与K_NG/NCNT-NIPs为0.15028和0.07589，斜率之比为1.98。说明NG/NCNT-MIPs/GCE具有较高的电流响应，这是由于NG/NCNT-MIPs的印迹空穴具有较好的吸附性。如表2所示，NG/NCNT-MIPs传感器对NP的检测较好，线性范围宽、灵敏度高。

同时，我们通过连续6次测定NG/NCNT-MIPs传感器对5.0μM NP的电流响应来考察此修饰电极的重现性，其相对标准偏差为4.9％。NG/NCNT-MIPs电极在4℃中存放2周后测定5.0μM NP，传感器保留了原始电流的92.3％。结果表明NG/NCNT-MIPs传感器具有较好的重现性和稳定性。

表2 本方法与其它电化学法测定NP的电化学法对比。

文献出处： 

(1)Huang J D，Zhang X M，Liu S，Lin Q，He X R，Xing X R，Lian W J，Tang D.Development of molecularly imprinted electrochemical sensor with titanium oxide and gold nanomaterials enhanced technique for deter(mim)ation of 4-nonylphenol[J].Sensors and Actuators B：Chemical，2011，2(152)：292-298.

(2)Zeng L X，Zhang A Z，Zhu X H，Zhang C Y，Liang Y，Nan J M.Electrochemical determination of nonylphenol using differential pulse voltammetry based on a graphene-DNA-modified glassy carbon electrode[J].Journal of Electroanalytical Chemistry，2013，703：153-157.

(3)Pan Y H，Shang L，Zhao F Q，Zeng B Z.A novel electrochemical 4-nonyl-phenol sensor based on molecularly imprinted poly(o-phenylenedia(mim)e-co-o-toluidine)-nitrogen-doped graphene nanoribbons ionic liquid composite film[J].Electrochimica Acta，2015，151：423-428.

(4)Lu Q，Zhang W N，Wang Z H，Yu G X，Yuan Y，Zhou Y K.A facile electrochemical sensor for nonylphenol determination based on the enhancement effect of cetyltrimethylammonium bromide[J].Sensors，2013，13(1)：758-768.

18、干扰实验 

表3是一些干扰离子和酚类化合物对NG/NCNT-MIPs传感器测定5.0μM NP的最大限量。这些干扰离子都是环境水样中可能存在的物质。允许干扰量是该量引起峰电流大小改变在±5％范围内。从表3可看出，Cl^-、NO₃ ^-、SO₄ ^2-、PO₄ ^3-、Br^-、CO₃ ^2-、Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Ni²⁺在500倍以内对检测体系不产生干扰；而Cu²⁺、Co²⁺和Fe³⁺在200倍以内对检测体系不产生干扰；Mg²⁺、Mn²⁺和Cd²⁺则在100倍以内对检测体系不产生干扰。间甲酚、对苯二酚、邻苯二酚等酚类化合物在50倍内对检测体系不产生干扰。这些结果表明，NG/NCNT-MIPs传感器具有较好的选择性，测定干扰比较小。

表3 NG/NCNT-MIPs传感器DPV测定NP的允许干扰量；测定条件：NP浓度：5.0μM；支持电解质：0.1M PBS(pH 7.0)；吸附时间：5min。

19、实际样品中NP的检测

环境水取自于嘉兴学院湖泊水，水样首先用0.45μm滤膜进行预处理来除去水中的固体杂质。自来水则取自于本实验室，饮用水取自于嘉兴财康纯净水厂。为了说明NG/NCNT-MIPs传感器的可行性，我们将此传感器运用于环境水的检测，每个样品平行测定5次，发现实际各个水样中没有NP的电流响应，因此采用标准加入法来获取回收率，检测方法的可行性。

表4 自来水、河水和饮用水中NP的含量测定(每个样品测5次)

测定条件：支持电解质：0.1M PBS(pH 7.0)，吸附时间：5min。

如表4，此方法的回收率在95.0％-107.5％，相对标准偏差在3.9％-4.8％，因此，可以说明NG/NCNT-MIPs传感器可应用于实际水样的检测，并且取得了较为满意的效果。

Claims (9)

1.一种表面分子印迹聚离子液体，它是由氮化石墨烯-氮化碳纳米管复合物、功能单体、交联剂和模板分子在引发剂作用下聚合形成并除去模板分子的复合材料，其特征在于，所述功能单体为溴化1-乙烯基-3-乙基咪唑；所述交联剂为乙二醇二甲基丙烯酸酯和溴化1，4-丁烷-3，3’-双-1-乙烯基咪唑；所述模板分子为4-壬基酚。

2.如权利要求1所述的表面分子印迹离子液体，其特征在于，所述引发剂为偶氮二异丁腈。

3.如权利要求1所述的表面分子印迹离子液体，其特征在于，所述溴化1-乙烯基-3-乙基咪唑、乙二醇二甲基丙烯酸酯、溴化1，4-丁烷-3，3’-双-1-乙烯基咪唑的摩尔比为1～2∶4～6∶4～6。

4.如权利要求1所述的表面分子印迹离子液体，其特征在于，所述氮化石墨烯-氮化碳纳米管复合物与模板分子的重量摩尔比为1.0～2.0g∶0.1mmol。

5.如权利要求1所述的表面分子印迹离子液体，其特征在于，所述功能单体与引发剂的摩尔比为1～3∶1。

6.如权利要求1-5任一所述表面分子印迹离子液体的制备方法，包括以下步骤：将模板分子加入溶剂中，再加入功能单体、交联剂、引发剂和氮化石墨烯-氮化碳纳米管复合物，混合均匀进行聚合反应，反应完成后收集产物，脱除产物中的模板分子，最后干燥制得表面分子印迹离子液体。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述聚合反应的温度为60℃～80℃，时间为12h～36h。

8.利用如权利要求1-5任一所述表面分子印迹离子液体制成的电化学传感器。

9.如权利要求8所述电化学传感器在检测4-壬基酚中的应用。