[发明专利]一种利用碳模板和电镀法制备金属同质和杂化超微电极的方法

说明书

本发明公开了一种利用碳模板和电镀法制备金属杂化和同质超微电极的方法。该方法可制备包括从金、铂、汞等单管超微金属电极，以及两侧不同(或相同)金属材质的双通道杂化与同质超微金属电极。首先根据实验需要拉制微纳米级的石英双管，然后对石英管的双通道进行丁烷的高温裂解沉积，制备不完全密封的碳模板。由于不需要特别注意氮气保护，该方法对操作和环境的要求大大降低。在此基础上，我们将其插入到含有一定浓度的金属电解液中，确定好还原电位后进行恒电位电镀，最后得到尖端致密平整填充的各种金属超微电极。由于外壁进行了硅烷化，防止了金属在管外生长。采用电化学技术和表面分析技术对所制备的电极进行了表征。

技术领域

本发明属于分析化学领域，具体涉及一种利用碳模板法和电镀法制备超微同质和杂化电极的方法。

背景技术

从上世纪70年代末开始，超微电极（UMEs，又称为微纳米电极）被引入到电分析化学领域，并引发了该领域的革命性变化。它不仅可以用来获得电化学反应的动力学参数，还能利用它的尺寸特点使许多原本无法进行的生物体系内的研究成为可能。例如，超微电极可以在不破坏细胞生理活性的基础上，插入到细胞内部，从而实时动态地监测细胞内部的变化。但是超微电极通常制备困难，无法大批量生产，制备的重复性差，严重地阻碍了其的广泛应用。并且传统超微电极往往是单个电极，只能得到单一的信号，这在很大程度上也影响了这类电极的应用范围。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用碳模板和电沉积法制备同质或杂化微纳米超微电极的方法。

本发明提供的制备微纳米超微电极的方法，包括以下步骤：

1）将石英双管拉制得到微纳米尖端，在拉制的微纳米石英管内通入碳源气体，为保持微纳米尺寸的管子不发生弯曲，需要将所述微纳米石英管的微纳米尖端插入到另一石英单管中，并在所述石英单管外侧且与所述微纳米尖端对应的位置进行加热，以实现所述微纳米尖端内壁的碳沉积，得到微纳米尖端未被碳完全密封的超微碳电极（即碳模板，后续的电沉积均在该模板上完成）；

2）对步骤1）得到超微碳电极的外壁进行硅烷化处理；

3）利用电化学沉积法，在硅烷化处理后的超微碳电极上电镀生成相同或不同金属纳米颗粒填充微纳米尖端，得到同质或杂化微纳米超微电极。

上述方法步骤1）中，沉积结束后可以看到在石英单管不通惰性气体的条件下，沉积得到的微纳米石英双管尖端发白，说明该管子尖端并未被碳完全填充，我们称之为碳模板。

所述石英双管中设有一隔片将其内部空间由双管的两个管口一分为二，所述石英双管体具可为购自美国Sutter公司的型号为QT120-90-7.5的石英双管；所述石英双管的内径具体为900 μm，外径具体为1200 μm。

所述单管为石英单管，具体可为购自美国Sutter公司的型号为Q100-70-7.5的石英单管；所述石英单管的内径具体为700 μm，外径具体为1000 μm。

所述微纳米尖端的尺寸根据需求在几个纳米-几个微米。所述微纳米尖端可占整个微纳米管的二十分之一左右（如图1所示）。

上述方法步骤1）中，所述碳源气体为正丁烷，纯度为99.9%。所述正丁烷气体的压强为0.01 MP-0.05 MP，具体可为0.03 MP。

在实验具体操作中，石英单管以及石英双管不需要进行前处理，直接插入另一侧保护管道中。

上述方法步骤1）中，可以根据石英单管的具体尺寸选择酒精灯或者酒精喷灯进行加热。

在上述碳沉积步骤中，100 nm及以下尺寸管径的石英单管用酒精灯进行加热，温度区间为250°C~400°C。100 nm以上尺寸管径的石英管可以用酒精喷灯进行加热，具体为1000°C。更高的温度可以确保丁烷裂解更加充分。