CN106404860A - 一种氮化碳修饰三维石墨电极的制备方法及电致化学发光传感应用 - Google Patents

一种氮化碳修饰三维石墨电极的制备方法及电致化学发光传感应用 Download PDF

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魏琴
张勇
吴丹
庞雪辉
胡丽华
范大伟
杜斌
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Abstract

本发明公开了一种氮化碳修饰三维石墨电极的制备方法及电致化学发光传感应用，涉及纳米科学、高分子科学、电化学传感等领域。本发明利用三聚氰胺与甲醛的聚合特性以及三聚氰胺的高温聚合性质，实现了在三维电极上原位制备氮化碳纳米材料。基于氮化碳良好的电化学发光特性和分子识别能力，可实现多种目标物的快速、高灵敏检测，在科研和临床中具有广泛的应用前景。

Description

一种氮化碳修饰三维石墨电极的制备方法及电致化学发光传 感应用
技术领域
本发明涉及纳米科学、聚合物科学与技术、电化学传感等领域，具体涉及一种氮化碳修饰三维石墨电极的制备方法及电致化学发光传感应用。
背景技术
高灵敏、高选择性的化学和生物传感器在环境监测、食品安全、临床分析等领域具有广阔的应用前景，近年来一直是国内外分析化学工作者的研究热点。其中基于电极过程的电化学发光传感器等由于具有灵敏度高、易于小型化等特点在实际应用中显示出了巨大优势，而稳定响应性的电极传感界面是构建这类电化学传感器的关键。纳米材料因其具有特殊的结构及由此产生的独特的物理、化学性能，已经被广泛地用于电化学传感器的构建。尽管纳米结构材料在信号传导、信号放大、人工模拟酶等方面具有明显作用，但纳米材料本身存在底物选择性差、低生物识别能力等问题。因此在构建传感界面时大多将纳米材料与生物识别单元相结合，但纳米材料同样存在生物相容性差、与生物分子耦合困难等问题。
具有稳定发光性能和良好生物相容性的基底材料制备是构建电化学发光传感器的关键。石墨相氮化碳是一种具有良好催化性能的二维纳米材料，近来被用于构建电化学发光传感器，与传统半导体发光纳米材料相比，具有合成简单，成本低廉，生物相容性好等特点。但依然存在石墨相氮化碳界面固定困难、缺乏简单而有效的标记方法等问题。
本发明利用三聚氰胺与甲醛的聚合特性以及三聚氰胺的高温聚合性质，实现了在三维电极上原位制备氮化碳纳米材料。基于氮化碳良好的电化学发光特性和分子识别能力，可实现多种目标物的快速、高灵敏检测。
发明内容
本发明的目的之一是提供简单通用的电化学发光传感界面的制备方法，解决传统制备方法修饰步骤复杂等问题。
本发明的目的之二是提供三维电极的修饰方法，为电化学发光传感器在原位分析、胞内分析等领域中的应用提供技术基础。
本发明的技术方案如下：
一种氮化碳修饰三维石墨电极的制备方法及电致化学发光传感应用，包括以下步骤：
（1）三聚氰胺甲醛预聚物的制备：按三聚氰胺与甲醛摩尔比1/(3～10)，将5～8 g三聚氰胺加入到37%甲醛溶液中，搅拌均匀后水浴加热到 60℃并继续反应20 min，得到预聚物羟甲基三聚氰胺；
（2）将直径为2～5 mm的石墨棒电极浸入H2O2溶液中超声清洗后，浸入步骤（1）制得的三聚氰胺甲醛预聚物溶液中1～2 min，晾干后再次浸入预聚物溶液1～2 min，重复3～10次得到三聚氰胺预聚物修饰的石墨棒电极；
（3）将步骤（2）制得的三聚氰胺预聚物修饰的石墨棒电极置入管式炉中，在氮气氛围中以3℃/min的升温速率升温至140℃后保温1～2 h，然后升温至550℃后保温4～5 h，冷却至室温后得到氮化碳修饰的三维石墨电极。
本发明的成果：
（1）利用三聚氰胺甲醛预聚物的胶黏特性很容易实现了前躯体在三维电极上的固定。
（2）三聚氰胺甲醛预聚物在交联后进一步增加了界面稳定性。
（3）前躯体在高温下分解聚合实现了氮化碳在三维基底上的原位制备，并具有多孔结构。
具体实施方式：
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1（1）三聚氰胺甲醛预聚物的制备：将5 g三聚氰胺加入到10 mL 37%甲醛溶液中，搅拌均匀后水浴加热到 60℃并继续反应20 min，得到预聚物羟甲基三聚氰胺；
（2）将直径为2 mm的石墨棒电极浸入H2O2溶液中超声清洗后，浸入步骤（1）制得的三聚氰胺甲醛预聚物溶液中2 min，晾干后再次浸入预聚物溶液2 min，重复5次得到三聚氰胺预聚物修饰的石墨棒电极；
（3）将步骤（2）制得的三聚氰胺预聚物修饰的石墨棒电极置入管式炉中，在氮气氛围中以3℃/min的升温速率升温至140℃后保温1 h，然后升温至550℃后保温4 h，冷却至室温后得到氮化碳修饰的三维石墨电极；
（4）将氮化碳修饰三维石墨电极浸入铜离子标准溶液或样品溶液中20 min，冲洗后作为工作电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，Pt电极作为对电极，用pH为7.4的PBS缓冲溶液配制的20 mmol·mL-1的K2S2O8溶液作为底液，在电化学发光工作站上以循环伏安模式测定-1.1～0 V电势下的发光信号，根据发光信号的变化进行检测。

Claims (2)

1.一种氮化碳修饰三维石墨电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）三聚氰胺甲醛预聚物的制备：按三聚氰胺与甲醛摩尔比1/(3～10)，将5～8 g三聚氰胺加入到37%甲醛溶液中，搅拌均匀后水浴加热到 60℃并继续反应20 min，得到预聚物羟甲基三聚氰胺；
（2）将直径为2～5 mm的石墨棒电极浸入H2O2溶液中超声清洗后，浸入步骤（1）制得的三聚氰胺甲醛预聚物溶液中1～2 min，晾干后再次浸入预聚物溶液1～2 min，重复3～10次得到三聚氰胺预聚物修饰的石墨棒电极；
（3）将步骤（2）制得的三聚氰胺预聚物修饰的石墨棒电极置入管式炉中，在氮气氛围中以3℃/min的升温速率升温至140℃后保温1～2 h，然后升温至550℃后保温4～5 h，冷却至室温后得到氮化碳修饰的三维石墨电极。
2.根据权利要求1所述的一种氮化碳修饰三维石墨电极的制备方法，其特征在于，用于电化学发光检测，步骤如下：将氮化碳修饰三维石墨电极浸入标准溶液或样品溶液中10～20 min，冲洗后作为工作电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，Pt电极作为对电极，用pH为7.4的PBS缓冲溶液配制的20 mmol·mL-1的K2S2O8溶液作为底液，在电化学发光工作站上以循环伏安模式测定-1.1～0 V电势下的发光信号，根据发光信号的变化进行检测。
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