[发明专利]一种电化学柔性传感芯片及其应用

说明书

本发明属于环境污染物传感技术领域，具体涉及一种单原子钴(SA‑Co)材料及其制备和应用。所述单原子钴材料的的制备方法，包括以下步骤：以三聚氰胺、氨基酸和醋酸钴为前驱体，控制前驱体的比例，球磨混匀，高温裂解，得到所述单原子钴材料。本发明制备得到单原子钴，将其用于构建电化学柔性传感芯片，能够同时检测三种苯二酚异构体；此外，该传感器具备良好的重现性、稳定性以及选择性，对其他离子具有良好的抗干扰性。

技术领域

本发明属于环境污染物传感技术领域，具体涉及一种单原子钴材料及其制 备和应用。

背景技术

苯二酚是一种典型的酚类污染物，包括对苯二酚(HQ)、邻苯二酚(CC)和 间苯二酚(RS)三种同分异构体，它们作为中间产品被广泛用于有机合成、染料、 农药、化妆品和医药等领域。苯二酚具有高毒性、致癌性和难降解性，对环境 危害极大，亦对人体健康构成严重威胁。美国环境保护总署(EPA)和欧盟已将苯 二酚异构体列为优先污染物。然而苯二酚异构体三者在结构和理化性质上十分 相似，且常在水中共存。构建简单快速灵敏的检测方法实现三种苯二酚异构体 的检测十分迫切。目前，检测苯二酚异构体的方法有分光光度法、同步荧光法、 高效液相色谱法以及电化学法。与其他方法相比，电化学法因其价格低，灵敏度高，操作简单，选择性好，已经成为最有发展前途和最有效的一种方法。

现有技术中，如申请号为2012105879641的中国专利公开了一种金/钴氢氧 化物膜修饰玻碳电极在酚类物质检测中的应用，采用金/钴氢氧化物膜修饰玻碳 电极，对邻苯二酚和对苯二酚具有较高的电催化能力，但是并没有提及间苯二 酚，同时检出限还处于较高水平。

发明内容

本发明旨在提供一种电化学柔性传感芯片及其应用，采用单原子钴材料构 建电化学柔性传感芯片，灵敏度高，催化性能好，能够同时检测苯二酚三种异 构体，检测限低。

按照本发明的技术方案，所述电化学柔性传感芯片，包括工作电极、参比 电极和对电极(辅助电极)，所述工作电极包含单原子钴材料，所述单原子钴 材料的制备方法如下，

S1：以三聚氰胺(C₃H₆N₆)、氨基酸和含钴化合物为前驱体，球磨混匀， 得到混合物；

S2：对所述混合物进行热解，得到所述单原子钴材料(SA-Co)。

进一步的，所述工作电极为柔性工作电极，由SA-Co为墨水，打印在导电 基底上制备得到。

具体的，将SA-Co溶解于有机溶剂(如N-甲基吡咯烷酮)，配制成10mg/mL 的溶液，再加入0.2wt％的壳聚糖调整粘稠度，得到墨水，再采用高分辨直流体 打印技术，将所述墨水打印在碳基底上，制备得到柔性工作电极；所述碳基底、 参比电极和对电极可以由导电碳浆打印得到。

进一步的，所述氨基酸为丙氨酸、半胱氨酸或络氨酸等氨基酸小分子。

进一步的，所述含钴化合物为二氯化钴或醋酸钴。

进一步的，所述三聚氰胺、氨基酸和含钴化合物的质量比为40-10000： 20-100：1

具体的，所述三聚氰胺与氨基酸的质量比为2-100：1，所述氨基酸与含钴 化合物的质量比为20-100：1。

优选的，所述含钴化合物为醋酸钴，所述氨基酸为丙氨酸；丙氨酸与醋酸 钴的质量比为40：1(在一个实施例中，丙氨酸与醋酸钴的用量分别为2.0g和 0.05g)；三聚氰胺与丙氨酸的质量比为5：1。

进一步的，所述步骤S2中，热解的温度为600-900℃，时间为1.5-4h；优 选的，热解温度为500℃，时间为2h。

进一步的，热解在保护气氛下进行，如氮气、氩气等，升温速率为2-4℃/min， 优选为2.5℃/min。