[发明专利]一种氮掺杂介孔碳修饰的镉铅电化学传感器及其制备方法

摘要

本发明公开了一种氮掺杂介孔碳修饰的镉铅电化学传感器及其制备方法。该电化学传感器是由氮掺杂介孔碳‑铋膜‑Nafion修饰的工作电极、Ag/AgCl参比电极、Pt丝对电极、电解池及电化学工作站组成，利用该传感器对镉、铅离子的检测范围都为4‑130μgL^‑1；检出限分别低于WHO给定的饮用水指标准值的10倍和25倍；同时表现出较好重现性、稳定性和抗干扰性能；在自来水镉、铅离子含量的检测中，传感器检测表现出良好的灵敏性和准确性。该传感器能准确地、快速地和可现场同时检测镉、铅离子含量，因此具有较好的实际应用前景。

主权项

1.一种氮掺杂介孔碳修饰的镉铅电化学传感器，其特征在于该传感器是由氮掺杂介孔碳‑Nafion ‑铋膜工作电极（1）、Ag/AgCl参比电极（2）、Pt丝对电极（3）、电解池（4）、电化学工作站（5）组成，电解池（4）中的电解液为含有铋离子和待测镉离子、铅离子的乙酸‑乙酸钠缓冲溶液，氮掺杂介孔碳‑Nafion ‑铋膜工作电极（1）、Ag/AgCl参比电极（2）、Pt丝对电极（3）的一端分别连接在电化学工作站（1）上，氮掺杂介孔碳‑Nafion ‑铋膜工作电极（1）、Ag/AgCl参比电极（2）、Pt丝对电极（3）的另一端分别放置在电解池（4）中的电解液中，具体操作按下列步骤进行：对二苯胺硫酸盐衍生的氮掺杂介孔碳的制备：a、将对苯二胺溶于甲醇中，在冰水浴条件下将2倍20%的硫酸逐滴缓慢加对入苯二胺/甲醇溶液中，混合搅拌1 h，生成对二苯胺硫酸盐沉淀，然后旋蒸将甲醇分离，得到的对二苯胺硫酸盐，再将对二苯胺硫酸盐放入温度80℃真空干燥箱中干燥24 h后置于管式炉中碳化，以温度10℃/min的升温速率从室温升高到900℃，碳化2 h，自然冷却后得到对二苯胺硫酸盐衍生的氮掺杂介孔碳；对二苯胺硫酸盐衍生的氮掺杂介孔碳‑Nafion电极的制备：b、裸玻璃碳电极分别用1.0，0.3 和0.05 μm的Al2O3粉末抛光，随后分别在乙醇和去离子水中超声清洗3min，再用N2吹干，将对二苯胺硫酸盐衍生的氮掺杂介孔碳超声分散于0.3 wt% Nafion的N‑N二甲基甲酰胺溶液中，配成1 mg/ml悬浮液，将5 μl悬浮液滴加到裸玻璃碳电极表面，在室温下自然干燥后得到对二苯胺硫酸盐衍生的氮掺杂介孔碳‑Nafion电极；对二苯胺硫酸盐衍生的氮掺杂介孔碳‑Nafion ‑铋膜工作电极的制备：c、将对二苯胺硫酸盐衍生的氮掺杂介孔碳‑Nafion电极、Ag/AgCl参比电极（2）、Pt丝对电极（3）置于含400 μg/L Bi3+ 10 ml pH 4.5的HAc‑NaAc电解液中，用计时电流法，在‑1.2 V，420 s条件下将Bi3+电化学还原为Bi0原位沉积到步骤b得到的对二苯胺硫酸盐衍生的氮掺杂介孔碳‑Nafion电极上，得到对二苯胺硫酸盐衍生的氮掺杂介孔碳‑铋膜‑Nafion电极；d、将氮掺杂介孔碳‑Nafion ‑铋膜工作电极（1）、Ag/AgCl参比电极（2）、Pt丝对电极（3）的一端分别连接在电化学工作站（1）上，氮掺杂介孔碳‑Nafion ‑铋膜工作电极（1）、Ag/AgCl参比电极（2）、Pt丝对电极（3）的另一端分别放置在电解池（4）中的含400 μg/L Bi3+ 10 ml pH 4.5的HAc‑NaAc电解液中，在电解液分别滴加已知浓度的Cd2+、Pb2+溶液，用计时电流法，参数设置：富集电位‑1.2 V；富集时间420 s，搅拌速率：400转/min，静置10 s，差示脉冲阳极溶出伏安法参数设置：起始电势‑1.0 V；终止电势：‑0.4 V ，Cd2+、Pb2+溶出峰峰位置分别为‑0.84 V和‑0.55 V，记录该浓度Cd2+、Pb2+的溶出峰峰电流强度，清洗计时电流，参数设置：清洗电位0.6 V；清洗时间100 s，清洗后，不断增加Cd2+、Pb2+浓度，记录下不同浓度的峰电流强度依次循环测量，根据峰电流强度和浓度绘制电化学分析镉、铅工作曲线。