CN110186965A - CuO-聚赖氨酸/石墨烯电极及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种CuO‑聚赖氨酸/石墨烯/基片电极及其制备方法和应用，CuO‑聚赖氨酸/石墨烯/基片电极的制备方法包括以下步骤：制备石墨烯/基片电极，将石墨烯/基片电极和对电极插入到电解液中，选择脉冲波对石墨烯/基片电极进行电沉积，电沉积后得到Cu‑聚赖氨酸/石墨烯/基片电极，将Cu‑聚赖氨酸/石墨烯/基片电极、对电极和参比电极插入到氢氧化钠水溶液中，采用循环伏安法对Cu进行氧化处理，得到CuO‑聚赖氨酸/石墨烯/基片电极。本发明的CuO‑聚赖氨酸/石墨烯/基片电极制作工艺简单，操作方便；能够通过电化学方法对电极进行多次修饰；传感器的再现性、重复性、稳定性好，检测限低，测试灵敏度和准确度高；成本低，有利于民用化。
Description
技术领域
本发明属于电流型传感器技术领域，具体来说涉及一种CuO-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极及其制备方法和应用。
背景技术
褪黑素普遍存在于植物的组织器官中，调控植物的生长发育，增强植物对胁迫的耐受性，因而褪黑素可应用于农业生产，提高植物本身抵抗外界生物和非生物胁迫的能力，减少化学制剂及杀虫剂的使用，确保作物的产量和质量。
吡哆素即维生素B6(VB6)有保护植物免受低温、紫外线、氧化、渗透压等环境胁迫的作用。近年来发现VB6也是抗氧化剂，可有效淬灭单线态氧和超氧阴离子自由基。
鉴于褪黑素与吡哆素对植物生长发育有重要调控作用，有效测定植物体中两者的含量十分必要，目前同时测定褪黑素与吡哆素的方法有高效液相色谱方法、毛细管区带电泳法，相对于这些检测方法，电化学传感器法具有响应时间短、准确度高、前处理要求低、操作简便、成本低等优点，其原理是利用对待测物敏感的原件作为检测头，将待测物的浓度转换成电信号，从而进行测定。
但是，目前基于电化学方法同时检测褪黑素与吡哆素的研究尚不成熟。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种CuO-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极的制备方法，本发明的另一目的是提供上述CuO-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极在同时检测褪黑素与吡哆素中的应用，本发明CuO-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极的优势是：当采用DPV法(差分脉冲伏安法)对这两种生物分子单独及同时检测时，在单独溶液及混合溶液中两者的峰电位保持不变，表示本方法制备的CuO-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极不但可以单独测定褪黑素和吡哆素中的任何一个，而且还可以实现褪黑素与吡哆素的同时测定。
聚赖氨酸作为生物聚合物膜拥有良好的生物相容性，CuO拥有良好的电化学活性，石墨烯拥有高电子转移率、良好电催化活性和高稳定性的优点，其测定褪黑素、吡哆素具有高灵敏度、高稳定性和操作简单的优势，可用于检测植物体中褪黑素和吡哆素的含量，具有很好的应用价值。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。
一种CuO-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极的制备方法，包括以下步骤：
1)制备石墨烯/基片电极，包括①～③，具体如下：
①去除基片的表面氧化物，清洗后烘干，其中，所述基片为钽片、钛片或钼片；
②在所述基片的表面滴加100～300μL的Ni(NO3)2乙醇溶液，再置于红外灯下烘烤2～3分钟用于干燥；
在所述步骤②中，所述Ni(NO3)2乙醇溶液由乙醇和Ni(NO3)2·6H2O均匀混合而成，所述Ni(NO3)2乙醇溶液中Ni(NO3)2·6H2O的浓度为0.4～0.8M。
③对步骤②所得基片进行直流等离子体喷射化学气相沉积：清洁反应腔室，将所述基片放置在反应腔室内，对反应腔室进行抽真空，通入惰性气体和氢气，电弧放电，在电弧放电4～6min后，在保持电弧放电的条件下向所述反应腔室内喷射甲烷5～30min，甲烷的流速为200～300mL/min，结束直流等离子体喷射化学气相沉积，得到石墨烯/基片电极，其中，电弧电压为70～80V，电弧电流为110～120A；
在所述步骤③中，在电弧放电前，设置磁场控制电压为6～8V。
在所述步骤③中，在电弧放电前，所述反应腔室内的压强为3～4kPa。
2)将步骤1)制备所得石墨烯/基片电极和对电极插入到电解液中，在保持电解液的搅拌状态下，选择脉冲波对所述石墨烯/基片电极进行电沉积，电沉积后得到Cu-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极，其中，电沉积时间为1～60分钟，脉冲波的周期为100～120ms，高电位为0～4V，低电位为范围为-3～-1V；
在所述步骤2)中，用超纯水作为溶剂，配制0.1M的无水磷酸二氢钠作为甲液，电解液为甲液、L-赖氨酸、五水硫酸铜(CuSO4·5H2O)、氯化钠(NaCl)和硼酸(H3BO3)的混合溶液。
在所述步骤2)中，电沉积时间为2～30分钟。
在所述步骤2)中，所述L-赖氨酸的浓度为100～1000μM，所述五水硫酸铜的浓度为100～1000μM，所述氯化钠的浓度为800μM，所述硼酸的浓度为72μM。
在所述步骤2)中，所述电沉积的占空比10～20％。
在所述步骤2)中，通过磁力搅拌保持电解液的搅拌状态，搅拌的速度为100～500r/min。
在所述步骤2)中，电沉积后，用超纯水冲洗，得到Cu-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极。
3)将步骤2)所得Cu-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极、对电极和参比电极构成的三电极体系插入到浓度为0.1M的氢氧化钠水溶液中，采用循环伏安法对Cu进行氧化处理，电位范围设置为0～1V，电压扫描速度为0.01～0.1V/s，扫描50～100圈，取出所述Cu-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极、对电极和参比电极用水冲洗再干燥，得到CuO-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极。
在所述步骤3)中，所述干燥为用氮气吹干。
上述制备方法所得CuO-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极。
上述CuO-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极在同时检测褪黑素与吡哆素中的应用。
在上述技术方案中，同时检测褪黑素与吡哆素的方法为：
a)准备多个建模溶液，每个所述建模溶液均为掺有褪黑素与吡哆素的PBS缓冲溶液，多个建模溶液中的褪黑素与吡哆素浓度不同，将CuO-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极、参比电极和对电极构成的三电极体系分别插入至建模溶液中，采用差分脉冲伏安法(DPV)获得每个所述建模溶液的电流—电压曲线，其中，所述差分脉冲伏安法的电位设置为-0.6～1.2V；
b)针对每个所述建模溶液的电流—电压曲线：
对于褪黑素：以0～0.2V处波峰所对应的电位作为定性指标，所述定性指标所对应的电流作为定量指标；
对于吡哆素：以0.6～0.8V处波峰所对应的电位作为定性指标，所述定性指标所对应的电流作为定量指标；
c)准备坐标系，所述坐标系的横、纵坐标分别为浓度和电流，将步骤b)所得全部建模溶液的电流和浓度绘入所述坐标系内，得到褪黑素的电流和浓度关系曲线以及吡哆素的电流和浓度关系曲线，对2条所述关系曲线进行拟合，拟合后得到线性关系直线和每条线性关系直线的线性回归方程；
d)采用差分脉冲伏安法对待测溶液进行检测，得到所述待测溶液的褪黑素的定量指标和吡哆素的定量指标，将所述褪黑素的定量指标代入褪黑素的线性回归方程，将所述吡哆素的定量指标代入吡哆素的线性回归方程，得到待测溶液褪黑素和吡哆素的浓度。
在所述步骤d)中，所述待测溶液的制备方法为将植物组织器官的粉末均匀分散于NaOH水溶液中，所述NaOH水溶液的浓度为0.1～0.2M。
在上述技术方案中，所述参比电极为饱和甘汞电极、Ag/AgCl电极或贡/硫酸亚汞电极，所述对电极为铂片。
本发明的有益效果如下：本发明的CuO-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极制作工艺简单，操作方便；能够通过电化学方法对电极进行多次修饰；传感器的再现性、重复性、稳定性好，检测限低，测试灵敏度和准确度高；成本低，有利于民用化。
本发明的CuO-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极不但能够单独检测褪黑素和吡哆素，而且还能够同时在褪黑素和吡哆素的混合物中分别检测褪黑素和吡哆素的浓度。
附图说明
图1为实施例1中CuO-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极的扫描电子显微镜(SEM)照片；
图2为使用实施例1中CuO-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂片电极为对电极在不同浓度的吡哆素和褪黑素的混合溶液中测得的差分脉冲伏安(DPV)曲线；
图3为使用实施例1中CuO-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极在同时检测中测试褪黑素得到的工作曲线；
图4为使用实施例1中CuO-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极在同时检测中测试吡哆素得到的工作曲线；
图5为使用实施例1中CuO-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂片电极为对电极在不同浓度的褪黑素溶液中测得的差分脉冲伏安(DPV)曲线；
图6为使用实施例1中CuO-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极在单独检测中测试褪黑素得到的工作曲线；
图7为使用实施例1中CuO-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂片电极为对电极在不同浓度的吡哆素溶液中测得的差分脉冲伏安(DPV)曲线；
图8为使用实施例1中CuO-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极在单独检测中测试吡哆素得到的工作曲线；
图9为实施例4中所得CuO-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极的扫描电子显微镜(SEM)照片(电沉积2分钟)；
图10为实施例4中所得CuO-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极的扫描电子显微镜(SEM)照片(电沉积6分钟)；
图11为实施例4中所得CuO-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极的扫描电子显微镜(SEM)照片(电沉积30分钟)。
具体实施方式
本发明实施例中所涉及的药品和纯度如下：
PBS缓冲溶液：用超纯水作为溶剂，配制0.1M的无水磷酸二氢钠(甲液)和0.1M的无水磷酸氢二钠(乙液)，用体积比为2:1的甲液和乙液配制Ph＝6的PBS缓冲溶液。
无水磷酸氢二钠：98.0％，天津市光复精细化工研究所
无水磷酸二氢钠：99.0％，天津市光复精细化工研究所
吡哆素(吡哆辛盐酸盐)：99％，Alfa Aesar
褪黑素(Melatonine):99％,ACROS ORGANICS
Ni(NO3)2·6H2O：98.0％，天津市福晨化学试剂厂
L-赖氨酸:比旋光度+23.5+-1.5天津市光复精细化工研究所
五水硫酸铜(CuSO45H2O)：99.0％，天津市江天统一科技有限公司
氯化钠(NaCl)：99.5％，天津市科威有限公司
硼酸(H3BO3)：99.5％，天津市风船化学试剂科技有限公司
本发明实施例中所涉及的仪器及型号如下：
直流等离子体喷射化学气相沉积设备：河北省激光研究所
函数信号/波形发生器：Tektronix AFG3022C
电化学工作站CHI660D：上海辰华仪器有限公司
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
一种CuO-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极的制备方法，包括以下步骤：
1)制备石墨烯/基片电极，包括①～③，具体如下：
①将2×1×0.1(长×宽×厚，cm)的基片用砂纸打磨，去除基片的表面氧化物，清洗：按超纯水-乙醇-超纯水的顺序各超声清洗5分钟，用红外灯烘干，其中，基片为钽片；
②在基片的表面滴加200μL的Ni(NO3)2乙醇溶液，再置于红外灯下烘烤2分钟用于干燥，其中，Ni(NO3)2乙醇溶液由乙醇和Ni(NO3)2·6H2O均匀混合而成，Ni(NO3)2乙醇溶液中Ni(NO3)2·6H2O的浓度为0.6M。
③对步骤②所得基片进行直流等离子体喷射化学气相沉积：用砂纸打磨直流等离子体喷射化学气相沉积设备的反应腔室和样品台(Mo台)，并用沾有酒精的无尘布擦拭干净，将准备好的基片放在Mo台上，调节反应台的高度，使其距离等离子体喷射口3cm，然后关闭反应腔室；对放置基片的反应腔室进行抽真空，同时通入氩气和氢气，氢气通入流量为15mL/min，氩气通入流量为20mL/min，在反应腔室的腔压和存储喷射气体腔室内的压强(泵压)回升过程中启动磁场控制并设置磁场控制电压为6V，待反应腔室的腔压回升至3.5kPa且泵压回升到13kPa时，启动电弧功率控制，设置电弧电压为70V和电弧电流为118A(设置过程中，保持反应腔室的腔压为3.5kPa且泵压为13kPa)，点火并打开旋转按钮开始电弧放电，在电弧放电5min后，保持电弧放电并向反应腔室内喷射甲烷7min，甲烷喷射的流量为200mL/min。喷射后，结束直流等离子体喷射化学气相沉积：依次关闭电弧功率控制模块、磁场控制模块、旋转按钮、配电柜的通气开关、气瓶和流量控制模块，将腔室抽真空后依次关闭罗茨泵，水循环系统和真空泵，待样品台冷却，取出样品，得到石墨烯/基片电极。
2)清洗干净步骤1)制备所得石墨烯/基片电极，将石墨烯/基片电极和对电极组成的两电极系统插入到电解液中，放入转子后置于磁力搅拌器上，搅拌的速度为400r/min，在保持电解液的搅拌状态下，打开信号发生器，选择脉冲波对石墨烯/基片电极进行电沉积10分钟，电沉积后，取出两电极系统用超纯水冲洗，得到Cu-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极，其中，脉冲波的周期为100ms，高电位为2V，低电位为为-1V，电沉积的占空比10％。
电解液的溶剂为甲液，溶质为L-赖氨酸、五水硫酸铜(CuSO4·5H2O)、氯化钠(NaCl)和硼酸(H3BO3)，电解液中：L-赖氨酸的浓度为300μM，五水硫酸铜的浓度为160μM，氯化钠的浓度为800μM，硼酸的浓度为72μM。
3)将步骤2)所得Cu-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极、对电极和参比电极构成的三电极体系插入到浓度为0.1M的氢氧化钠水溶液(溶剂为超纯水)中，采用循环伏安法对Cu进行氧化处理，电位范围设置为0～1V，电压扫描速度为0.1V/s，扫描100圈，取出Cu-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极、对电极和参比电极用超纯水冲洗再用氮气吹干，得到CuO-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极，如图1所示。
上述CuO-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极在同时检测褪黑素与吡哆素中的应用，同时检测褪黑素与吡哆素的方法为：
a)准备多个建模溶液，每个建模溶液均为掺有褪黑素与吡哆素的PBS缓冲溶液，多个建模溶液中的褪黑素与吡哆素浓度不同，将CuO-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极、参比电极和对电极构成的三电极体系分别插入至建模溶液中，采用差分脉冲伏安法(DPV)获得每个建模溶液的电流—电压曲线，如图2所示，其中，差分脉冲伏安法的电位设置为-0.6～1.2V；参比电极为饱和甘汞电极，对电极为铂片电极。
b)针对每个建模溶液的电流—电压曲线：
对于褪黑素：以0～0.2V处波峰所对应的电位作为定性指标，定性指标所对应的电流作为定量指标；
对于吡哆素：以0.6～0.8V处波峰所对应的电位作为定性指标，定性指标所对应的电流作为定量指标；
全部建模溶液中褪黑素和吡哆素的浓度以及与褪黑素和吡哆素相对应的定量指标(电流)如表1所示。
表1
c)准备坐标系，坐标系的横、纵坐标分别为浓度和电流，将步骤b)所得全部建模溶液的电流(定量指标)和浓度绘入坐标系内，得到褪黑素的电流和浓度关系曲线以及吡哆素的电流和浓度关系曲线，对2条关系曲线进行拟合，拟合后得到线性关系直线和每条线性关系直线的线性回归方程，在本实施例中，褪黑素拟合后得到线性关系直线如图3所示，褪黑素的线性回归方程为：IMT(μA)＝144.101+18.00955[MT](μM)；([MT]:1μM～9μM,R＝0.964)；IMT(μA)＝363.829+1.10082[MT](μM)；([MT]:10μM～100μM,R＝0.91207)；吡哆素拟合后得到线性关系直线如图4所示，吡哆素的线性回归方程为：IVB6(μA)＝37.3855+0.25885[VB6](μA),([VB6]:10μM～300μM,R＝0.92876；IVB6(μA)＝159.935+0.04655[VB6](μA)，([VB6]:300μM～4000μM,R＝0.97645)；
d)实物检测：配制褪黑素与吡哆素的混合溶液作为待测溶液，采用差分脉冲伏安法对待测溶液进行检测，得到待测溶液的褪黑素的定量指标和吡哆素的定量指标，将褪黑素的定量指标代入褪黑素的线性回归方程，将吡哆素的定量指标代入吡哆素的线性回归方程，得到待测溶液褪黑素和吡哆素的浓度，其中，待测溶液的制备方法为将植物组织器官的粉末均匀分散于NaOH水溶液中，NaOH水溶液的浓度为0.1M。
验证线性回归方程：待测溶液中褪黑素的实际浓度为70μM，吡哆素的实际浓度为3000μM，而经过本发明同时检测褪黑素与吡哆素的方法测试得到的结果为：褪黑素的浓度为65.50μM，吡哆素的浓度为3390μM。
实施例2
CuO-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极单独检测褪黑素：
a)准备多个建模溶液，每个建模溶液均为掺有褪黑素的PBS缓冲溶液，多个建模溶液中的褪黑素浓度不同，将实施例1中CuO-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极、参比电极和对电极构成的三电极体系分别插入至建模溶液中，采用差分脉冲伏安法(DPV)获得每个建模溶液的电流—电压曲线，如图5所示，其中，差分脉冲伏安法的电位设置为-0.6～1.2V；参比电极为饱和甘汞电极，对电极为铂片电极。
b)针对每个建模溶液的电流—电压曲线：
对于含有褪黑素的建模溶液：以0～0.2V处波峰所对应的电位作为定性指标，定性指标所对应的电流作为定量指标；
全部建模溶液中褪黑素的浓度以及相对应的定量指标(电流)如表2所示。
表2
c)准备坐标系，坐标系的横、纵坐标分别为浓度和电流，将步骤b)所得全部建模溶液的电流(定量指标)和浓度绘入坐标系内，得到褪黑素的电流和浓度关系曲线，对2条关系曲线进行拟合，拟合后得到线性关系直线和每条线性关系直线的线性回归方程，在本实施例中，褪黑素拟合后得到线性关系直线如图6所示，褪黑素的线性回归方程为：
IMT(μA)＝150.269+2.83179[MT](μM)；[MT]:7μM～60μM,R＝0.98362)；
IMT(μA)＝316.522+0.56662[MT](μM)；([MT]:70μM～150μM,R＝0.86135)；
验证线性回归方程：配制褪黑素溶液，待测溶液其中褪黑素的实际浓度为20μM，而经过本发明单独检测褪黑素的方法测试得到的结果为：褪黑素的浓度为17.95μM。
实施例3
CuO-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极单独检测吡哆素：
a)准备多个建模溶液，每个建模溶液均为掺有吡哆素的PBS缓冲溶液，多个建模溶液中的吡哆素浓度不同，将实施例1中CuO-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极、参比电极和对电极构成的三电极体系分别插入至建模溶液中，采用差分脉冲伏安法(DPV)获得每个建模溶液的电流—电压曲线，如图7所示，其中，差分脉冲伏安法的电位设置为-0.6～1.2V；参比电极为饱和甘汞电极，对电极为铂片电极。
b)针对每个建模溶液的电流—电压曲线：
对于吡哆素：以0.6～0.8V处波峰所对应的电位作为定性指标，定性指标所对应的电流作为定量指标；
全部建模溶液中吡哆素的浓度以及相对应的定量指标(电流)如表3所示。
表3
c)准备坐标系，坐标系的横、纵坐标分别为浓度和电流，将步骤b)所得全部建模溶液的电流(定量指标)和浓度绘入坐标系内，得到吡哆素的电流和浓度关系曲线，对2条关系曲线进行拟合，拟合后得到线性关系直线和每条线性关系直线的线性回归方程，在本实施例中，吡哆素拟合后得到线性关系直线如图8所示，吡哆素的线性回归方程为：
IVB6(μA)＝142.545+0.12987[VB6](μM)；[VB6]:50μM～2000μM,R＝0.98973)；
IVB6(μA)＝326.419+0.03854[VB6](μM)；([VB6]:2400μM～6800μM,R＝0.99774)；
验证线性回归方程：配制吡哆素溶液，待测溶液其中吡哆素的实际浓度为2800μM，而经过本发明单独检测吡哆素的方法测试得到的结果为：吡哆素的浓度为2794.50μM。
实施例4
不同电沉积时间条件下所得的CuO-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极的对比：
1)制备石墨烯/基片电极，包括①～③，具体如下：
①将三片2×1×0.1(长×宽×厚，cm)的基片用砂纸打磨，去除基片的表面氧化物，清洗：按超纯水-乙醇-超纯水的顺序各超声清洗5分钟，用红外灯烘干，其中，基片为钽片；
②在基片的表面滴加200μL的Ni(NO3)2乙醇溶液，再置于红外灯下烘烤2分钟用于干燥，其中，Ni(NO3)2乙醇溶液由乙醇和Ni(NO3)2·6H2O均匀混合而成，Ni(NO3)2乙醇溶液中Ni(NO3)2·6H2O的浓度为0.6M。
③对步骤②所得基片进行直流等离子体喷射化学气相沉积：用砂纸打磨直流等离子体喷射化学气相沉积设备的反应腔室和样品台(Mo台)，并用沾有酒精的无尘布擦拭干净，将准备好的基片放在Mo台上，调节反应台的高度，使其距离等离子体喷射口3cm，然后关闭反应腔室；对放置基片的反应腔室进行抽真空，同时通入氩气和氢气，氢气通入流量为15mL/min，氩气通入流量为20mL/min，在反应腔室的腔压和存储喷射气体腔室内的压强(泵压)回升过程中启动磁场控制并设置磁场控制电压为6V，待反应腔室的腔压回升至3.5kPa且泵压回升到13kPa时，启动电弧功率控制，设置电弧电压为70V和电弧电流为118A(设置过程中，保持反应腔室的腔压为3.5kPa且泵压为13kPa)，点火并打开旋转按钮开始电弧放电，在电弧放电5min后，保持电弧放电并向反应腔室内喷射甲烷5min，甲烷喷射的流量为200mL/min。喷射后，结束直流等离子体喷射化学气相沉积：依次关闭电弧功率控制模块、磁场控制模块、旋转按钮、配电柜的通气开关、气瓶和流量控制模块，将腔室抽真空后依次关闭罗茨泵，水循环系统和真空泵，待样品台冷却，取出样品，得到石墨烯/基片电极。
2)清洗干净步骤1)制备所得石墨烯/基片电极，将石墨烯/基片电极和对电极组成的两电极系统插入到电解液中，放入转子后置于磁力搅拌器上，搅拌的速度为500r/min，在保持电解液的搅拌状态下，打开信号发生器，选择脉冲波对三片石墨烯/基片电极分别电沉积2分钟，6分钟，30分钟，得到不同电沉积时间的Cu-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极，其中，脉冲波的周期为112ms，高电位为1.2V，低电位为范围为-3V，电沉积的占空比10％。
电解液溶剂为甲液，溶质为L-赖氨酸、五水硫酸铜(CuSO4·5H2O)、氯化钠(NaCl)和硼酸(H3BO3)，电解液中：L-赖氨酸的浓度为400μM，五水硫酸铜的浓度为160μM，氯化钠的浓度为800μM，硼酸的浓度为72μM。
3)将步骤2)所得Cu-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极、对电极和参比电极构成的三电极体系插入到浓度为0.1M的氢氧化钠水溶液(溶剂为超纯水)中，采用循环伏安法对Cu进行氧化处理，电位范围设置为0～1V，电压扫描速度为0.1V/s，扫描100圈，取出Cu-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极、对电极和参比电极用超纯水冲洗再用氮气吹干，得到CuO-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极，电沉积时间为2分钟，6分钟和30分钟的CuO-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极的扫描电镜图分别如图9，图10和图11所示。
图片表明在所给的沉积时间范围内，均可实现Cu-赖氨酸/石墨烯材料的制备，不同沉积时间对电极表面沉积形态的影响，由图片可以看出，在沉积时间为6min时，电极表面的颗粒分布最均匀，有效的增加了电极的比表面积。2min未明显看到沉积的颗粒，30min沉积的颗粒尺寸过大且过厚。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种CuO-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)制备石墨烯/基片电极，包括①～③，具体如下：
①去除基片的表面氧化物，清洗后烘干，其中，所述基片为钽片、钛片或钼片；
②在所述基片的表面滴加100～300μL的Ni(NO3)2乙醇溶液，再置于红外灯下烘烤2～3分钟用于干燥；
③对步骤②所得基片进行直流等离子体喷射化学气相沉积：清洁反应腔室，将所述基片放置在反应腔室内，对反应腔室进行抽真空，通入惰性气体和氢气，电弧放电，在电弧放电4～6min后，在保持电弧放电的条件下向所述反应腔室内喷射甲烷5～30min，甲烷的流速为200～300mL/min，结束直流等离子体喷射化学气相沉积，得到石墨烯/基片电极，其中，电弧电压为70～80V，电弧电流为110～120A；
2)将步骤1)制备所得石墨烯/基片电极和对电极插入到电解液中，在保持电解液搅拌状态下，选择脉冲波对所述石墨烯/基片电极进行电沉积，电沉积后得到Cu-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极，其中，电沉积时间为1～60分钟，脉冲波的周期为100～120ms，高电位为0～4V，低电位为-3～-1V；
3)将步骤2)所得Cu-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极、对电极和参比电极构成的三电极体系插入到氢氧化钠水溶液中，采用循环伏安法对Cu进行氧化处理，电位范围设置为0～1V，电压扫描速度为0.01～0.1V/s，扫描50～100圈，取出所述Cu-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极用水冲洗再干燥，得到CuO-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤②中，所述Ni(NO3)2乙醇溶液由乙醇和Ni(NO3)2·6H2O均匀混合而成，所述Ni(NO3)2乙醇溶液中Ni(NO3)2·6H2O的浓度为0.4～0.8M；
在所述步骤③中，在电弧放电前，设置磁场控制电压为6～8V；
在所述步骤③中，在电弧放电前，所述反应腔室内的压强为3～4kPa；
所述参比电极为饱和甘汞电极、Ag/AgCl电极或贡/硫酸亚汞电极，所述对电极为铂片。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤2)中，用超纯水作为溶剂，配制0.1M的无水磷酸二氢钠作为甲液，电解液为甲液、L-赖氨酸、五水硫酸铜、氯化钠和硼酸的混合溶液。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤2)中，所述L-赖氨酸的浓度为100～1000μM，所述五水硫酸铜的浓度为100～1000μM，所述氯化钠的浓度为800μM，所述硼酸的浓度为72μM。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤2)中，电沉积时间为2～30分钟；
在所述步骤2)中，所述电沉积的占空比10～20％；
在所述步骤2)中，通过磁力搅拌保持电解液的搅拌状态，搅拌的速度为100～500r/min。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤2)中，电沉积后，用超纯水冲洗，得到Cu-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极；在所述步骤3)中，所述干燥为用氮气吹干，氢氧化钠水溶液的浓度为0.1M。
7.如权利要求1～6中任意一项所述制备方法获得的CuO-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极。
8.根据权利要求7所述CuO-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极在同时检测褪黑素与吡哆素中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，同时检测褪黑素与吡哆素的方法为：
a)准备多个建模溶液，每个所述建模溶液均为掺有褪黑素与吡哆素的PBS缓冲溶液，多个建模溶液中的褪黑素与吡哆素浓度不同，将CuO-聚赖氨酸/石墨烯/基片电极、参比电极和对电极构成的三电极体系分别插入至建模溶液中，采用差分脉冲伏安法获得每个所述建模溶液的电流—电压曲线，其中，所述差分脉冲伏安法的电位设置为-0.6～1.2V；
b)针对每个所述建模溶液的电流—电压曲线：
对于褪黑素：以0～0.2V处波峰所对应的电位作为定性指标，所述定性指标所对应的电流作为定量指标；
对于吡哆素：以0.6～0.8V处波峰所对应的电位作为定性指标，所述定性指标所对应的电流作为定量指标；
c)准备坐标系，所述坐标系的横、纵坐标分别为浓度和电流，将步骤b)所得全部建模溶液的电流和浓度绘入所述坐标系内，得到褪黑素的电流和浓度关系曲线以及吡哆素的电流和浓度关系曲线，对2条所述关系曲线进行拟合，拟合后得到线性关系直线和每条线性关系直线的线性回归方程；
d)采用差分脉冲伏安法对待测溶液进行检测，得到所述待测溶液的褪黑素的定量指标和吡哆素的定量指标，将所述褪黑素的定量指标代入褪黑素的线性回归方程，将所述吡哆素的定量指标代入吡哆素的线性回归方程，得到待测溶液褪黑素和吡哆素的浓度。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，在所述步骤d)中，所述待测溶液的制备方法为将植物组织器官的粉末均匀分散于NaOH水溶液中，所述NaOH水溶液的浓度为0.1～0.2M。
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| CN106525938A (zh) * | 2016-08-12 | 2017-03-22 | 浙江大学 | 一种用于没食子酸浓度测定的复合材料修饰电极及应用 |
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