[发明专利]Bi单质纳米结构材料及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及Bi单质纳米结构材料及其制备方法与应用。 

背景技术

重金属元素，如Cr、Cd、Pb及Hg，已成为当今社会中对人类健康威胁最严重的有害因素之一。建立快速、可靠、准确的方法，对各类介质中的重金属离子进行检测，无论是在环境保护或者消费品安全监控等方面，都显得尤为重要。常用的重金属元素检测方法包括了硫腙显色法及原子吸收光谱法，这两种方法涉及的样品前处理方法复杂，检测过程成本较高，对仪器也有一定要求，其广泛应用，特别是针对特殊需要的现场检测应用受到了一定限制。溶出伏安分析作为一种理想的电化学分析方法，在近年来受到广泛的关注，被大量应用于无机物痕量检测、有机物甚至DNA检测。该方法的技术关键是工作电极的选择。常规过程往往选择Hg材料为工作电极，然而，考虑到环境友好性问题，此类材料可能会在分析过程中产生Hg或Hg²⁺废物，对分析操作者乃至环境造成严重的危害。一些新型电极在近年相继见诸文献报道，遗憾的是，这些新型电极的制备过程复杂，检测重现性不稳定，因而无法得到真正应用。 

以金属Bi单质薄膜修饰玻碳电极，并将其用作溶出伏安分析法的工作电极，可对重金属离子进行检测。此类电极在较宽的工作电势范围内都表现出较高的灵敏度，且不会受到溶解氧的影响，在重金属离子的痕量检测中具有极高的应用前景。制备Bi修饰电极的方法有很多，通常都需要经历一个以含Bi的电解液进行前处理的过程。而采用Bi纳米粒子对其进行修饰可以省略这一前处理过程，又能获得更大的电极活性表面，因此受到更多的关注。遗憾的是，此类研究因为缺乏高质量的Bi单质纳米结构材料作为技术支持，而未得到广泛的开展。用于合成Bi纳米结构的快速有效的新方法依然有待系统性研究。 

发明内容

本发明的目的是提供一种Bi单质纳米结构材料及其制备方法与应用。 

一种Bi单质纳米结构材料，其中所述Bi单质纳米结构材料是具有片状形貌的六方晶相Bi单质纳米颗粒，其中：所述纳米颗粒厚度为20-30nm，平面维度200-1200nm。 

一种上述Bi单质纳米结构材料的制备方法，包括如下步骤： 

(1)将表面活性剂Pluronic F127溶于水中后，先加入水合肼，再加入氯化铋，搅拌混合得到悬浊液，其中所述水、表面活性剂、水合肼和氯化铋的质量比为50∶(0.2-0.6)∶(1-2.5)∶(0.1-0.4)；(2)将所得悬浊液在150-200℃条件下反应2-10小时，反应结束后，将反应产物离心，即得Bi单质纳米结构材料。本发明所述Pluronic F127是分子式为EO₁₀₆PO₇₀EO₁₀₆的商品化的聚氧乙烯醚-聚氧丙烯醚-聚氧乙烯醚类表面活性剂，市场可购买到。 

本发明Bi单质纳米结构材料的制备方法，其中所述将反应物离心的条件为：在转速为8000转/分钟的条件下，离心15min。 

本发明Bi单质纳米结构材料的制备方法，其中所述将反应产物离心后还经过清洗和干燥。 

本发明Bi单质纳米结构材料的制备方法，其中所述清洗的条件为：用乙醇超声清洗。 

本发明Bi单质纳米结构材料的制备方法，其中所述干燥的条件为：于自然环境温度下通风干燥。 

本发明还涉及上述Bi单质纳米结构材料在修饰电极中的应用。 

本发明还涉及一种修饰的玻碳电极，其中所述修饰为玻碳电极上涂覆有上述的Bi单质纳米结构材料。 

本发明修饰的玻碳电极，其中所述涂覆的方法为：将玻碳电极以Al₂O₃打磨抛光，再以蒸馏水和乙醇超声清洗，得到处理后的玻碳电极；将上述Bi单质纳米结构材料超声分散于乙醇中，使纳米结构材料的浓度为0.5g/L，即得材料的乙醇分散液，取5μL乙醇分散液滴于处理后的玻碳电极，室温干燥形成铋纳米粒子涂层，再将5μL浓度为0.01g/mL的nafion乙醇溶液滴于铋纳米粒子涂层之上，待室温固化后，即得。 

本发明还涉及上述修饰的玻碳电极在溶出伏安分析法中的应用。 

将本发明Bi单质纳米结构材料用于修饰玻碳电极，所得玻碳电极灵敏度高，在溶出伏安分析法中使用该修饰电极作为工作电极检测待测物中铅和镉的含量，检出限可达1×10^-6mg/L；该制备方法步骤少，不需要很高的实验条件，在2-10小时内即可完成，利于工业化生产。 

附图说明