[发明专利]基于在低电位氧化过氧化氢的电流型传感器及其制法

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感器及其制备工艺，特别涉及一种基于在低电位氧化过氧化氢（H₂O₂）的电流型传感器及其制备方法，属于电分析化学检测或生物传感器领域。

背景技术

目前使用最多的贵金属铂，铑基（或负载于炭黑）催化剂催化H₂O₂氧化反应时产生较高的过电位，通常高于0.5V（参照Ag/AgCl参比电极,以下若非特别说明，如下所涉及的电位均参照此电极）。高的过电位不仅带来能源的浪费，还会使一些存在于生物体系的具有电活性的分子如抗坏血酸，尿酸，多巴胺等都会被氧化，产生显著的干扰信号。此外，通过阴极还原来检测H₂O₂会受到氧气的严重干扰。因此阳极低电位氧化及定量检测H₂O₂在基于氧化酶的生物传感器和细胞生命体氧化应激的检测等领域都有重要的理论研究和实际应用价值。

通过制备铂合金或具有特殊纳米结构的铂纳米材料催化剂，在降低H₂O₂氧化过电位方面已经取得一些进展，例如铂铑合金纳米颗粒在+0.3V对H₂O₂具有较好的催化活性，产生较高的电流密度。一些生物酶（如辣根过氧化物酶）也可以降低其氧化过电位，但酸性或碱性环境会对酶的活性产生较大影响，导致生物酶的稳定性大大降低。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种基于在低电位氧化过氧化氢（H₂O₂）的电流型传感器，其可以将H₂O₂的氧化电位降低到约+0.1V，并且在酸性和碱性环境下仍能保持良好传感性能，从而克服现有技术中的不足。

本发明的目的之二在于提供一种制备前述电流型传感器的方法。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于在低电位氧化过氧化氢的电流型传感器，包括传感器基体，并且所述传感器基体上还修饰有主要由铑纳米颗粒与石墨烯复合形成的铑/石墨烯复合物（Rh-RGO）。

作为较为优选的实施方案之一，所述铑/石墨烯复合物包含5wt%～20wt%的铑纳米颗粒。

尤为优选的，其中至少85%的铑纳米颗粒的平均粒径在2-3nm。

进一步的，所述电流型传感器的检测电位在0.1V左右，此处的“左右”可理解为波动幅度约10mV。

进一步的，所述传感器基体上覆设物主要由铑/石墨烯复合物形成的薄膜。

一种基于在低电位氧化过氧化氢的电流型传感器的制法，包括：

取RGO的水分散系与可溶性铑盐的水溶液均匀混合后，再加入用以将铑离子还原成单质的还原剂，充分反应后，分离出其中的固形物，获得主要由铑纳米颗粒与石墨烯复合形成的铑/石墨烯复合物，

以及，将所述铑/石墨烯复合物负载到传感器基体上，获得所述电流型传感器。

进一步的，所述可溶性铑盐包括RhCl₃，但不限于此。

进一步的，所述还原剂包括NaBH₄，且不限于此。

较为优选的，所述铑/石墨烯复合物包含5wt%～20wt%的铑纳米颗粒，其中至少85%的铑纳米颗粒的平均粒径在2-3nm。

进一步的，该方法还包括：

将所述铑/石墨烯复合物分散于水中形成分散液，而后将该分散液施加至传感器基体表面，经干燥处理后，再施加上Nafion^?溶液，于室温下干燥，形成均匀覆盖在传感器基体上的、主要由铑/石墨烯复合物形成的薄膜。

进一步的，所述传感器基体包括玻碳电极。

本发明通过以新型高效电催化剂铑/石墨烯复合物作为电极修饰材料，构建了一种新型传感器，其是基于测量过氧化氢的氧化电流而实现对过氧化氢的检测。在前述复合物中，石墨烯表面负载的铑纳米颗粒尺寸较小，平均尺寸约为2-3nm，且铑纳米颗粒具有很好的晶体结构，其与石墨烯之间通紧密连接，其中，石墨烯为铑纳米颗粒表面的催化反应提供了高速的电子传递通道，且石墨烯巨大的比表面积可以提供更多的反应位点，并提高异质催化反应电荷传递速率，例如，在+0.1V电位下，负载量为10wt%的铑/石墨烯催化剂对1mM H₂O₂的催化电流密度约为商品化5wt%铑/碳催化剂的100倍。

本说明书中所述的“负载量”系指在铑/石墨烯复合物中所含铑金属的质量百分比含量。