[发明专利]一种硫化钨-石墨烯电化学传感器及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于材料科学领域和分析化学领域，具体为一种基于硫化钨-石墨烯复合材料的电化学传感器及其制备方法与应用。

背景技术

邻苯二酚（HQ）、间苯二酚(RS)和对苯二酚（CT）是苯二酚的三种异构体，皆为重要的化工原料和合成中间体。然而，由于它们的高毒性和低降解性，这三种酚类化合物又是环境中尤其是水源中主要的有机污染物。因此，对三者的同时、灵敏测定在环境治理方面具有重要意义。电化学分析法具有灵敏度高、仪器简单、分析成本低等优点，已被应用于苯二酚的测定。然而，苯二酚在裸电极上的响应信号较弱，尤其在环境样品中，其浓度相对较低，而且上述三种苯二酚的氧化电位极其相近，因此难以用裸电极同时测定。目前，发展新型的纳米修饰材料用于传感器的构建成为苯二酚电化学分析法的研究热点。

碳纳米材料具有原料价格低廉、易于加工、比表面积大及导电性能好等优点，近几十年来，碳纳米材料一直是科技创新的前沿领域，包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯、碳纳米点等，在食品安全、材料、生命科学、环境科学、物理、化学等领域被广泛应用。

石墨烯是由碳原子以sp²杂化连接的单原子层构成的新型二维原子晶体, 其基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环, 其厚度仅为0.35nm，被认为是世界上最薄的二维材料。石墨烯的特殊结构使其表现出许多优异性质，如优良的机械性能、好的导电性能以及高比表面积，同时它还具有成本低廉、可加工性好等优点。石墨烯的复合材料很多情况下可兼具各个复合单元的功能，起到协同、信号放大的作用。目前，已有不少基于石墨烯的纳米复合材料制备技术及其应用的报道。硫化钨（WS₂）是一种层状的过渡金属硫化物，它具有和石墨类似的结构，由三个原子层（S-W-S）通过范德华力堆积而成，它具有比表面积大，吸附能力强，反应活性高，催化性能强等特点。它的层间可插入其它基团形成纳米插层复合材料，使其具有新的物理性能（如导电、催化、磁性等）。这些特性都有利于制备具有优良性能的电化学传感器。因此，将硫化钨和石墨烯的优点结合起来制备硫化钨-石墨烯纳米复合物，可充分发挥两者的优点，提高复合材料的综合性能，包括可修饰性、导电性能、催化性能和生物兼容性等。

因此，制备硫化钨-石墨烯纳米复合物，将其用于构建新型的电化学传感器，用于CT、RS和HQ的灵敏、同时、快速检测，在环境中有机污染物的监测等方面具有较好的应用前景。

发明内容

为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供了一种能同时检测CT、RS和HQ的高灵敏的全固态电化学传感器的制备方法，使用硫化钨-石墨烯复合物为电极敏感物质，经济、高效、稳定，是一种灵敏度高、稳定性好、选择性高的同时检测CT、RS和HQ的电化学传感器。

本发明的目的是这样实现的：

一种硫化钨-石墨烯电化学传感器，包括玻碳电极及其表面涂有的敏感膜，玻碳基底表面涂有硫化钨-石墨烯敏感膜。

所述的硫化钨-石墨烯敏感膜的制备方法为：0.1~1 mg的硫化钨-石墨烯复合材料超声均匀分散在1~10 mL 的二次蒸馏水中。

所述的硫化钨-石墨烯复合物的制备方法为：称取氧化石墨烯30~80 mg，加入80~100 mL二次水，再加入0.4~0.6 g钨酸钠，超声至无固体物质存在，用0.1 mol/L NaOH调节pH至6.5，再加入0.8~1.2 g L-半胱氨酸，转移至不锈钢水热反应釜，密封，180 ℃下反应30~48 h。产物自然冷却后，过滤，用二次水和乙醇分别洗涤5次，在真空下于80 ℃干燥24 h，得到硫化钨-石墨烯复合纳米材料。

所述的硫化钨-石墨烯电化学传感器，其制备方法包括以下步骤：

（1）玻碳电极预处理；

（2）将分散均匀的硫化钨-石墨烯滴涂到预处理的玻碳电极表面，烘干得到硫化钨-石墨烯修饰玻碳电极；

步骤（1）中玻碳电极预处理过程为： 用抛光粉对玻碳电极进行打磨，然后进行超声清洗；

在制备方法中，步骤中硫化钨-石墨烯分散液的浓度为0.1~1 mg/mL，滴涂到玻碳电极表面的硫化钨-石墨烯的分散液为1~30微升。

传感器用于同时、灵敏检测CT、RS和HQ。

积极有益效果：

1、不使用昂贵的贵金属或易于污染环境的其它材料，而使用易于获得的碳材料制备电极敏感物质，具有成本低廉，性能稳定的优点，具有较好的应用前景;

2、采用滴涂方法直接将硫化钨-石墨烯的分散液涂覆于电极表面制得敏感膜，工序简单，重现性好;