CN111422898A - 一种球状三氧化钼-氧化锌纳米复合物的制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种球状三氧化钼‑氧化锌纳米复合物的制备方法及其应用，包括如下步骤：分别称取二水合醋酸锌和尿素于去离子水中并搅拌；再加入柠檬酸钠并搅拌一定时间，转移至高压反应釜中反应；离心分离后用乙醇和去离子水清洗并烘干，得到碱式碳酸锌；完全混合四水合钼酸铵和碱式碳酸锌，然后放置于管式炉中煅烧得到球状三氧化钼‑氧化锌纳米复合物；取球状三氧化钼‑氧化锌纳米复合物分散在水、乙醇及全氟磺酸的混合液中，滴涂在清洁的玻碳电极表面；自然风干后作为工作电极与铂丝及饱和甘汞电极组成三电极体系。结果证明该球状三氧化钼‑氧化锌纳米复合物检测过氧化氢操作简单，灵敏度高，检测浓度范围宽。

Description

一种球状三氧化钼-氧化锌纳米复合物的制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及一种球状三氧化钼-氧化锌纳米复合物的制备方法及其应用，属于环境检测技术领域。
背景技术
过氧化氢为无色透明液体，具有强氧化性和杀菌性，被广泛应用于医药、工业、食品和美容等行业，是常用的消毒剂、氧化剂，在工业等领域是不可缺少的，但滥用过氧化氢会危害环境中的水生生物和人类的身体健康，可导致人体的基因突变、加速人体衰老以及动脉硬化；因此，对过氧化氢的实时检测在环境控制上是一件非常必要而有意义的事。电化学法是检测过氧化氢的常用方法之一，是一种环保且方便的技术，与荧光分光光度法、化学发光法和比色法相比，电化学传感技术具有快速响应，灵敏度高和操作简单等优点。但是，这种方法由于修饰电极的材料合成复杂和胶粘的原因不是特别理想。解决这一问题的办法之一就是选择高效经济的纳米复合材料修饰的电极。
众所周知，纳米氧化锌是一种具有较好电催化特性的电极修饰材料，并且易于合成。但是，普通单体氧化锌活性较低，比表面积较小。解决这一问题的策略之一是改变氧化锌的形貌和结构，并与其它高活性纳米材料复合，制备具高比表面积、高电催化活性的纳米复合材料。三氧化钼作为目前比较热门的催化材料具有很高的光电活性，被广泛应用于光催化、电催化等领域。因此制备球状三氧化钼-氧化锌纳米复合物来修饰电极，能够有效提高材料的电化学性能，从而做到实时、快速、高效地检测过氧化氢。
发明内容
本发明的目的就是针对上述现有技术存在的问题，提出一种球状三氧化钼-氧化锌纳米复合物的制备方法及其应用。
本发明的目的是这样实现的，一种球状三氧化钼-氧化锌纳米复合物的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）、分别称取0.1~10克二水合醋酸锌和0.1~10克尿素于去离子水中，搅拌均匀，得到第一混合液；
（2）、称取10~500mg柠檬酸钠加入步骤（1）所得第一混合液中并搅拌20~40分钟，得到第二混合液；
（3）、将步骤（2）所得第二混合液转移至高压反应釜中，在100~200 ℃下反应，得到反应物；
（4）、对步骤（3）所得的反应产物进行离心分离去除水分后，先用乙醇清洗去除未反应的有机物，再用去离子水清洗去除未反应的无机离子，将清洗后的反应产物置于烘箱中在60~90℃下烘干，得到碱式碳酸锌；
（5）、分别称取0.1~10克四水合钼酸铵和50~500mg步骤(4)所得碱式碳酸锌混合，研磨至完全混合，得到混合物；
（6）、将步骤（5）所得混合物放置于管式炉中，在200~500℃下煅烧1~4h，得到球状三氧化钼-氧化锌纳米复合物。
步骤（1）中，去离子水的体积为0.01~0.2升。
步骤（3）中，反应时间为2~12小时。
步骤（4）中，离心速率为3000~6000转/分，烘干时间为12~24小时。
利用一种球状三氧化钼-氧化锌纳米复合物的制备方法制备的球状三氧化钼-氧化锌纳米复合物修饰玻碳电极在检测水体中过氧化氢的应用方法，其特征在于：检测的操作过程如下：
a)、称取3~8mg球状三氧化钼-氧化锌纳米复合物及全氟磺酸加入到去离子水与乙醇的混合液中，超声混匀，得到均匀混合液；
b)、将步骤a)所得的均匀混合液滴涂在清洁的玻碳电极表面，室温下干燥；
c)、将步骤b)处理后的玻碳电极与铂丝及饱和甘汞电极组成三电极体系；
d)、将三电极体系放入含有不同浓度过氧化氢的过氧化氢溶液中，以循环伏安法确定球状三氧化钼-氧化锌对过氧化氢的催化性能；
e)、将三电极体系放入浓度恒定的磷酸缓冲溶液中，滴加入不同浓度过氧化氢溶液，以恒电位法分别测得不同浓度的过氧化氢溶液对应的响应电流值，并制得过氧化氢浓度与响应电流的线性关系图；
f)、通过采用含有与步骤e)相同的过氧化氢浓度的磷酸缓冲溶液制成的所述线性关系图，获得待测磷酸缓冲溶液中过氧化氢的浓度值。
步骤a)中，去离子水与乙醇的体积比为3：1~6：1，并保持球状三氧化钼-氧化锌纳米复合物、全氟磺酸、去离子水和乙醇的混合液的总体积在0.8~1.2毫升。
步骤b)中，滴涂的混合液的体积为3~15微升。
步骤d)中，循环伏安法的电位范围为-1.4~0.4V。
通过本发明，提供的一种球状三氧化钼-氧化锌纳米复合物的制备方法及其应用，球状三氧化钼-氧化锌纳米复合物的制备时，包括以下步骤：
（1）、分别称取0.1~10克二水合醋酸锌和0.1~10克尿素于去离子水中，搅拌均匀；（2）、称取10~500mg柠檬酸钠加入步骤⑴所得混合液中并搅拌20~40分钟；（3）、将步骤（2）所得混合液转移至高压反应釜中，在100~200℃下反应；（4）、步骤(3)的反应产物进行离心分离去除水分后，先用乙醇清洗去除未反应的有机物，再用去离子水清洗去除未反应的无机离子，将清洗后的反应产物置于烘箱中在60~90℃下烘干，得到碱式碳酸锌；（5）、分别称取0.1~10克四水合钼酸铵和适量步骤（4）所得产物混合，研磨至完全混合；（6）、将步骤（5）所得混合物放置于管式炉中，在200~500℃下煅烧1~4h，得到球状三氧化钼-氧化锌纳米复合物。其中，步骤（1）去离子水的体积为0.01~0.2升，步骤（3）的反应时间为2~12小时，步骤（4）离心速率为3000~6000转/分，烘干时间为12~24小时，步骤（5）称取的碱式碳酸锌的质量为50~500mg。
本发明另一目的是提供上述球状三氧化钼-氧化锌纳米复合物在检测水体中过氧化氢含量的应用方法。检测的操作过程如下：
a)、称取3~8 mg三氧化钼-氧化锌纳米复合物及全氟磺酸加入到去离子水与乙醇的混合液中，超声混匀；b)将适量步骤a)、所得的均匀混合液滴涂在清洁的玻碳电极表面，室温下干燥；c)、将步骤b)得到的玻碳电极与铂丝及饱和甘汞电极组成三电极体系；d)、将三电极体系放入置于含有不同浓度过氧化氢的过氧化氢溶液中，以循环伏安法确定球状三氧化钼-氧化锌复合物对过氧化氢的催化性能；e)、将三电极体系放入置于浓度恒定的磷酸缓冲溶液中，滴加入不同浓度过氧化氢溶液，以恒电位法分别测得不同浓度的过氧化氢溶液对应的响应电流值，并制得过氧化氢浓度与响应电流的线性关系图；f)、通过采用含有与步骤e)相同的过氧化氢浓度的磷酸缓冲溶液制成的所述线性关系图，获得待测磷酸缓冲溶液中过氧化氢的浓度值。其中，步骤a)中去离子水与乙醇的体积比为3：1~6：1，并保持复合物、全氟磺酸、去离子水和乙醇的混合液的总体积在0.8~1.2毫升。步骤b)滴涂的混合液的体积为3~15微升。步骤d)循环伏安法的电位范围为-1.4~0.4V。步骤e)恒电位法的电位范围为-1.0~0 V。
相对于现有技术，本发明取得了以下有益效果：
1、步骤（2）中加入的柠檬酸钠的质量不能过高或过低，这样才能控制得到较好形态和尺寸的碱式碳酸锌，具有较高的电催化性能。
2、步骤（3）的混合液密封于高压反应釜中，随着温度升高至100~200℃，反应釜内产生高压，二水合醋酸锌和克尿素在高温高压的物理环境下能够充分分散在水溶液中，反应2~12小时后会得到分散均匀的碱式碳酸锌。
3、步骤（5）中加入的碱式碳酸锌的质量过高或过低都不利于得到分散及催化性能良好的球状三氧化钼-氧化锌纳米复合物。
4、步骤（6）将混合物放置到管式炉中，随着温度升高至200~500℃，四水合钼酸铵在高温的物理环境下能充分与碱式碳酸锌混合，反应1~4小时后会生成形貌和结构较佳的三氧化钼-氧化锌，形成具有高活性的球状三氧化钼-氧化锌纳米复合物。
本发明制得的球状三氧化钼-氧化锌纳米复合物中三氧化钼：氧化锌的重量比大约为（1~10）:1，具有优异的电催化水中过氧化氢的性能，合成简单且成本较低。在0.1 moldm-3的磷酸缓冲溶液中，能够检测的过氧化氢的浓度范围为4~3800 μmol dm-3。
综上，本发明涉及一种球状三氧化钼-氧化锌纳米复合物的制备及其应用，包括如下步骤：分别称取二水合醋酸锌和尿素于去离子水中并搅拌；再加入柠檬酸钠并搅拌一定时间，转移至高压反应釜中反应；离心分离后用乙醇和去离子水清洗并烘干，得到碱式碳酸锌；完全混合四水合钼酸铵和碱式碳酸锌，然后放置于管式炉中煅烧得到球状三氧化钼-氧化锌纳米复合物；取球状三氧化钼-氧化锌纳米复合物分散在水、乙醇及全氟磺酸的混合液中，滴涂在清洁的玻碳电极表面；自然风干后作为工作电极与铂丝及饱和甘汞电极组成三电极体系。结果证明该球状三氧化钼-氧化锌纳米复合物检测过氧化氢操作简单，灵敏度高，检测浓度范围宽。
附图说明
图1为本发明实施例1的球状三氧化钼-氧化锌复合物扫描电镜图。
图2为本发明实施例2的球状三氧化钼-氧化锌复合物在不含（实线）及含（虚线）过氧化氢的磷酸缓冲溶液中的循环伏安图。
图3是本发明涉及的球状三氧化钼-氧化锌复合物修饰电极的安培响应曲线。
图4是本发明涉及的过氧化氢浓度与响应电流图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明，附图仅提供参考与说明用，非用以限制本发明。
结合具体实施例进一步说明球状三氧化钼-氧化锌复合物及其修饰玻碳电极的制备。
实施例1：
（1）、分别称取0.7克二水合醋酸锌和0.4克尿素于去离子水中，搅拌均匀；
（2）、称取0.1g柠檬酸钠加入步骤⑴所得混合液中并搅拌30分钟；
（3）、将步骤⑵所得混合液转移至高压反应釜中，在120℃下反应6小时；
（4）、对步骤(3)的反应产物进行离心分离去除水分后，先用乙醇清洗去除未反应的有机物，再用去离子水清洗去除未反应的无机离子，将清洗后的反应产物置于烘箱中在80℃下烘干，得到碱式碳酸锌；
（5）、分别称取1.3克四水合钼酸铵和0.2克碱式碳酸锌混合，研磨至完全混合；
（6）、将步骤（5）所得混合物放置于管式炉中，在300℃下煅烧2h，得到球状三氧化钼-氧化锌纳米复合物；
（7）、称取4 mg球状三氧化钼-氧化锌纳米复合物及50μL全氟磺酸加入到去离子水与乙醇的混合液中，超声混匀；
（8）、将5μL步骤⑺所得的均匀混合液滴涂在清洁的玻碳电极表面，室温下干燥；
（9）、将步骤（8）处理后的玻碳电极与铂丝及饱和甘汞电极组成三电极体系；
图1为本发明制备的球状三氧化钼-氧化锌复合物的扫描电镜图。
结合具体实施例进一步说明本发明中球状三氧化钼-氧化锌复合物电极催化水中过氧化氢的方法。
实施例2
将实施例1制备的三电极体系放入置于不含及含有0.5、1.5、2.5 mmol dm-3过氧化氢的0.1 mol dm-3磷酸缓冲溶液中，以循环伏安法确定球状三氧化钼-氧化锌复合物对过氧化氢的催化性能，其循环伏安图如图2所示。
图2为球状三氧化钼-氧化锌复合物修饰玻碳电极在不含及含有0.5、1.5 、2.5mmol dm-3过氧化氢的0.1 mol dm-3磷酸缓冲溶液中循环伏安图。从图中可以看出：当该复合物修饰玻碳电极从磷酸缓冲溶液移入到含有过氧化氢的溶液后，在-0.8V附近出现了一个还原峰，且随着过氧化氢浓度的增加该峰的电流增加。这个结果表明：过氧化氢在球状三氧化钼-氧化锌复合物修饰玻碳电极发生了还原反应，转变为了水。
结合具体实施例进一步说明本发明中球状三氧化钼-氧化锌复合物电极检测水中过氧化氢的方法。
实施例3
将实施例1制备的三电极体系放入置于0.1 mol dm-3磷酸缓冲溶液中，滴加入不同浓度过氧化氢溶液，以恒电位法分别测得不同浓度的过氧化氢溶液对应的响应电流值，并制得过氧化氢浓度与响应电流的线性关系图（图3）；
从图3中可以看出：球状三氧化钼-氧化锌复合物修饰玻碳电极对0.1 mmol dm-3 的过氧化氢都能产生响应。图4是对图3的过氧化氢浓度与响应电流做的图。从图中可以看出：在4.0 至3800µmol dm-3 的范围内都保持良好的线性关系。

Claims (8)

1.一种球状三氧化钼-氧化锌纳米复合物的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）、分别称取0.1~10克二水合醋酸锌和0.1~10克尿素于去离子水中，搅拌均匀，得到第一混合液；
（2）、称取10~500mg柠檬酸钠加入步骤（1）所得第一混合液中并搅拌20~40分钟，得到第二混合液；
（3）、将步骤（2）所得第二混合液转移至高压反应釜中，在100~200 ℃下反应，得到反应物；
（4）、对步骤（3）所得的反应产物进行离心分离去除水分后，先用乙醇清洗去除未反应的有机物，再用去离子水清洗去除未反应的无机离子，将清洗后的反应产物置于烘箱中在60~90℃下烘干，得到碱式碳酸锌；
（5）、分别称取0.1~10克四水合钼酸铵和50~500mg步骤(4)所得碱式碳酸锌混合，研磨至完全混合，得到混合物；
（6）、将步骤（5）所得混合物放置于管式炉中，在200~500℃下煅烧1~4h，得到球状三氧化钼-氧化锌纳米复合物。
2.根据权利要求1所述的一种球状三氧化钼-氧化锌纳米复合物的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，去离子水的体积为0.01~0.2升。
3.根据权利要求1所述的一种球状三氧化钼-氧化锌纳米复合物的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，反应时间为2~12小时。
4.根据权利要求1所述的一种球状三氧化钼-氧化锌纳米复合物的制备方法，其特征在于：步骤（4）中，离心速率为3000~6000转/分，烘干时间为12~24小时。
5.利用权利要求1所述的一种球状三氧化钼-氧化锌纳米复合物的制备方法制备的球状三氧化钼-氧化锌纳米复合物修饰玻碳电极在检测水体中过氧化氢的应用方法，其特征在于：检测的操作过程如下：
a)、称取3~8mg球状三氧化钼-氧化锌纳米复合物及全氟磺酸加入到去离子水与乙醇的混合液中，超声混匀，得到均匀混合液；
b)、将步骤a)所得的均匀混合液滴涂在清洁的玻碳电极表面，室温下干燥；
c)、将步骤b)处理后的玻碳电极与铂丝及饱和甘汞电极组成三电极体系；
d)、将三电极体系放入含有不同浓度过氧化氢的过氧化氢溶液中，以循环伏安法确定球状三氧化钼-氧化锌对过氧化氢的催化性能；
e)、将三电极体系放入浓度恒定的磷酸缓冲溶液中，滴加入不同浓度过氧化氢溶液，以恒电位法分别测得不同浓度的过氧化氢溶液对应的响应电流值，并制得过氧化氢浓度与响应电流的线性关系图；
f)、通过采用含有与步骤e)相同的过氧化氢浓度的磷酸缓冲溶液制成的所述线性关系图，获得待测磷酸缓冲溶液中过氧化氢的浓度值。
6.根据权利要求5所述的应用方法，其特征在于：步骤a)中，去离子水与乙醇的体积比为3：1~6：1，并保持球状三氧化钼-氧化锌纳米复合物、全氟磺酸、去离子水和乙醇的混合液的总体积在0.8~1.2毫升。
7.根据权利要求5所述的应用方法，其特征在于：步骤b)中，滴涂的混合液的体积为3~15微升。
8.根据权利要求5所述的应用方法，其特征在于：步骤d)中，循环伏安法的电位范围为-1.4~0.4V。
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