[发明专利]一种环糊精/石墨烯纳米复合物修饰电极及其制备方法和用途

说明书

技术领域：

本发明属于纳米复合材料和环境监测领域，具体涉及一种环糊精/石墨烯纳米复合物修饰玻碳电极的制备方法及用于检测痕量重金属离子。

背景技术：

随着工农业的迅速发展，重金属离子的污染正在逐年加剧。重金属不仅可以在环境中长期存在，还可通过食物链在人和动植物体内富集。近年来，重金属污染因其对环境和人类健康造成的威胁日趋严重，已在全世界范围内引起了高度重视。

目前，检测重金属离子的方法主要包括：原子吸收光谱法、荧光光谱法、 电感耦合等离子体质谱分析法以及电化学分析法。与传统方法相比， 电化学分析法因其简便，快速，灵敏，准确等优势而得到了更广泛的应用。本发明基于电化学分析法中的阳极溶出伏安法(Anodic Stripping Voltammetry ASV)来进行检测。其主要包含沉积和溶出两个过程，即：首先，将被检测离子在一定电位下沉积还原在工作电极的表面。然后，反向扫描电极电位时，已沉积的物质发生氧化反应而溶出，同时记录溶出伏安曲线。阳极溶出伏安法的灵敏度取决于感应材料的电活性，所以本发明采用石墨烯复合物来进行修饰电极。

石墨烯是一种由sp²杂化碳原子堆积而成的二维蜂窝状晶格结构的新型碳材料，其厚度仅为0.35nm, 是世界上最薄的二维材料。石墨烯因其具有比表面积大，载流子迁移快，导热性能好以及机械强度高等优异的物理、化学性能，而在新型复合材料，光电功能材料与器件，太阳能电池以及传感器材料等方面有着广泛的应用前景。但石墨烯的团聚使其比表面积减少，进一步降低其吸附能力，限制了它的进一步广泛应用。本发明用环糊精来修饰石墨烯，不仅克服了团聚的影响，同时也增加了其对重金属离子的选择和吸附能力。以此纳米复合物作为感应材料，发明了一种检测快，灵敏度高，重现性好的同时检测痕量重金属离子的方法，且该方法对环境和人类健康无毒无害。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种环糊精/石墨烯纳米复合物修饰玻碳电极及检测痕量重金属离子的方法，具体包括环糊精/石墨烯纳米复合物修饰玻碳电极的制备，并以此电极作为工作电极，同时采用购买的饱和甘汞电极为参比电极，铂丝电极为对电极，通过构成的三电极体系来完成对重金属离子的痕量检测。检测过程中采用方波阳极溶出伏安法。

本发明一种环糊精/石墨烯纳米复合物修饰玻碳电极的制备方法，包括如下步骤：

1. 玻碳电极的预处理：将玻碳电极(直径3毫米) 在抛光布上用0.05微米的Al₂O₃粉末抛光至镜面。抛光后先在超纯水中超声清洗2 分钟, 再依次用无水乙醇、超纯水超声清洗5分钟,最后用氮气吹干，待用。

2. 环糊精/石墨烯纳米复合物修饰玻碳电极的制备：

首先，利用改进的Hummers 方法通过石墨的氧化、机械剥离、絮凝干燥等步骤制备氧化石墨烯。具体操作步骤如下：在50-5000毫升圆底烧瓶中加入10-100毫升质量浓度为95-98%浓硫酸和20-100毫升质量浓度为65-68%的浓硝酸，在0℃冰浴条件下磁力搅拌5-50分钟，然后加入2-200克天然鳞片石墨，剧烈搅拌防止团聚，待分散均匀后，加入10-100克氯酸钾，最后撤去冰浴室温下反应20-150小时，待反应完成后，将产物洗涤，超声剥离，用氢氧化钠絮凝并于20-80℃干燥2-10小时，研磨，得氧化石墨烯固体粉末。

将氧化石墨烯溶于去离子水中，加入过量羟丙基-                                               -环糊精, 超声分散10-60分钟，在微波辅助下反应10分钟-2小时， 微波功率为100-800瓦，反应温度为20-80℃，随后加入还原剂, 于50-100℃下反应10-120分钟, 反应完毕后，在3000-10000转/分钟的转速下离心,并用无水乙醇反复洗涤，以除去未反应的羟丙基--环糊精， 最后于30-120℃下真空干燥2-20小时，即得产物环糊精/石墨烯纳米复合物。

将上述步骤制得的环糊精/石墨烯纳米复合物用溶剂溶解，控制其浓度为0.5-50毫克/毫升，再加入环糊精/石墨烯纳米复合物溶液体积0.1-10%的5%的Nafion,超声分散10-60分钟，得到均匀的分散液。用微量移液枪移取3-10微升上述分散液,滴涂在处理好的玻碳电极表面，室温下干燥，得到环糊精/石墨烯纳米复合物修饰的电极。为了对比，用同样的方法制备石墨烯修饰玻碳电极和环糊精修饰玻碳电极。