[发明专利]一种MnO2/石墨烯纳米复合材料及其制备得到的电极

说明书

技术领域

本发明涉及材料制备和电化学分析技术领域，具体涉及一种MnO₂/石墨烯纳米复合材料及其制备得到的电极。

背景技术

纳米材料具有优异的催化作用，利用其制备的修饰电极被广泛应用于食品安全、生物制药、临床医学和环境监测等领域的分析检测中；这是因为纳米材料修饰电极不仅灵敏度高、检测限低，而且还具有制备简单、操作方便、耗时短和成本低等优点，能实现快捷、经济的分析检测。

咖啡酸又名3,4-二羟基肉桂酸，是一种有机酸、酚类化合物。咖啡酸广泛存在于天然草本植物中，作为一种重要的医药中间体，其药理作用显著，主要表现为具有抗菌、抗病毒、解毒、凝血、诱变抗癌等功能，在收缩增固微血管、提高凝血因子、升高白细胞和血小板等方面也能发挥其功效。咖啡酸除了用于各种外、内科出血的预防和治疗外，临床上将其用于妇科出血、肿瘤疾病化疗、放疗等疾病的治疗，疗效显著。相关报道也表明了很多生物性活动与咖啡酸具有相关性，大剂量或长期使用咖啡酸会对人体造成损害，特别是它有一定的成瘾性，一旦停用会出现精神萎顿、浑身困乏疲软等各种戒断症状。因此，开展对咖啡酸的定量检测不仅有利于临床用药安全，还能对市售饮料、食品中咖啡酸的含量进行日常监控，有利于保障人类身心健康。目前，国内报道检测咖啡酸的方法主要为色谱法。相比电化学检测法，色谱法的仪器设备昂贵、操作相对复杂，有待进一步改善。而电化学检测法所需设备简单、速度快、灵敏度高，能用于现场检测；特别是咖啡酸含有易被氧化的不饱和双键和羟基，可以利用其氧化过程产生的电信号对其进行定量检测。目前，涉及电化学方法检测咖啡酸的报道中，有利用单壁纳米管修饰石墨电极和硅氧烷分子印迹电极对咖啡酸进行电化学检测，但是这些方法在检出限、灵敏度、稳定性和抗干扰性等方面有待进一步改善。比如，现有文献公开的纳米金/石墨烯电极的检出限为5×10^-8 mol/L（Zhang Y, Liu Y, He J, Pang P, Gao Y, Hu Q, Electroanalysis, 193 (2014) 238-246）、硅氧烷分子印迹电极的检出限为1.5×10^-7 mol/L（Leite F R, Santo W J, Kubota L T, Sensors and Actuators B, 128 (2007) 30-37）。

发明内容

本发明所要解决的首要技术问题是，为了克服现有技术中咖啡酸检测电极存在检出限高的问题，提供一种用于制备咖啡酸检测电极的MnO₂/石墨烯纳米复合材料。由该材料制备得到的电极对于咖啡酸的检测具有非常低的检出限。

本发明所要解决的另一技术问题是，提供一种MnO₂/石墨烯复合膜修饰电极及其制备方法。

本发明所要解决的上述技术问题，通过以下技术方案予以实现：

一种MnO₂/石墨烯纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：

S11. 将介孔碳与KMnO₄混合，加入去离子水搅拌8~24h，得悬浮液；

S12. 向悬浮液中加入浓硫酸，继续搅拌0.5~3h，得混合物；

S13. 将混合物加热至70~90℃，维持恒温0.5~3h，得反应液；

S14. 将反应液用去离子水稀释3~8倍，冷却至室温，产生沉淀；

S15. 将产生的沉淀用孔径为0.20~0.5mm的滤膜收集，洗涤、干燥即得所述的MnO₂/石墨烯纳米复合材料；

步骤S11中所述的介孔碳、KMnO₄和去离子水的用量比为1g：8~12g：400~600mL；

步骤S12中所述的浓硫酸为质量分数大于等于70%的H₂SO₄水溶液；所述浓硫酸的体积用量为步骤S11中所述的悬浮液体积的0.5%~3%。

优选地，步骤S11中所述的介孔碳、KMnO₄和去离子水的用量比为1g：10~12g：400~500mL；

最优选地，步骤S11中所述的介孔碳、KMnO₄和去离子水的用量比为1g：12g：450mL。