[发明专利]一种复合玻碳电极及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种复合玻碳电极及其制备方法和应用，属于新材料领域。所述的复合玻碳电极，包括玻碳电极基底和自组装于玻碳电极基底表面的二氧化硅纳米均孔薄膜，所述二氧化硅纳米均孔薄膜与玻碳电极基底之间具有还原氧化石墨烯层作为粘附层。本发明提供的复合玻碳电极以还原氧化石墨烯为导电粘附层，由于还原氧化石墨烯与玻碳电极基底和VMSF均有作用力，实现二氧化硅纳米均孔薄膜稳定修饰于玻碳电极基底上。还原氧化石墨烯对有机小分子具有富集作用，并具有电催化性能，本发明提供的复合玻碳电极在检测电化学有机小分子时，具有低的检测电位和过电位，提升检测灵敏度。

技术领域

本发明涉及新材料领域，具体涉及一种利用还原氧化石墨烯作为粘附层实现玻碳电极基底上稳定修饰二氧化硅纳米均孔薄膜的复合玻碳电极及其制备方法和应用。

背景技术

石墨烯，是由单层碳原子组成的具有二维蜂窝状的碳材料，因其独特的物理特性和纳米结构受到研究者的极大关注。它具有极大的理论比表面积，良好的导电性，较高的电催化活性等特点，在光学、电子、磁学、热学等不同领域都具有重要的应用前景。

目前已经有多种制备石墨烯的方法，氧化石墨烯的还原是目前制备石墨烯最常用的方法之一。还原氧化石墨烯可以通过对氧化石墨烯进行化学还原或者电还原制备。还原氧化石墨烯具有优异的电子传递性能、水分散性、高比表面积、显著的电催化性能，在电化学传感等领域具有潜在的应用价值。

二氧化硅纳米均孔薄膜(也称垂直有序介孔二氧化硅薄膜，Vertically-orderedmesoporous silica films,VMSF)可为基底电极引入纳米孔道在分子水平上的选择性筛分能力。VMSF为纳米超薄膜(厚度在20～200nm可调)；具有垂直于基底电极、高孔密度(～40000孔/μm²)、长程有序均一(目前最常见的孔径为2～3nm)的纳米孔道。独特的结构特性赋予VMSF电极以下优势：(1)突出的防玷污能力-VMSF的二氧化硅材质为电绝缘性，超小孔径的纳米孔道具有体积筛分能力，只允许小分子通过而有效排阻生物大分子(细胞、细菌、蛋白质、DNA、多糖等)及固体颗粒，可消除蛋白质及固体颗粒对基底电极的玷污。(2)显著的抗干扰能力-与微米级孔道的传质不同，纳米通道具有分子水平的静电和亲疏水性筛分能力，仅允许电荷、亲疏水性匹配孔道性质的小分子通过，可显著降低共存电活性物质的干扰。(3)优异的通透性-纳米厚度和超高孔密度可保障有效的扩散与传质，且不会引起基底电极电容、电阻等性质的显著变化。

目前，利用复旦大学赵东元院士课题组建立的溶液生长法(Angew.Chem.Int.Ed.,2012,51,2173-2177)、以及Walcarius课题组建立的电化学辅助自组装法(EASA)(Electroanalysis,2013,25,2595-2603,Faraday Discuss.,2013,164,259-273,J.Nanosci.Nanotechnol.,2009,9,2398-2406)已可在不同的基底电极上一次制备几十～几百平方厘米的VMSF单片。

然而，VMSF与基底电极的结合力是限制VMSF电极应用的关键。VMSF与玻碳电极(GCE)、金属电极(Au/Pt)的结合力很弱，无法稳定存在。尽管与氧化铟锡电极(ITO)电极结合力很强，可以得到稳定的VMSF/ITO电极，但由于ITO电极检测电活性有机小分子时有极高的过电位，这极大限制了其应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二氧化硅纳米均孔薄膜稳定修饰于玻碳电极基底上的复合玻碳电极，以克服现有技术中VMSF与玻碳电极(GCE)结合力弱的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种复合玻碳电极，包括玻碳电极基底和自组装于玻碳电极基底表面的二氧化硅纳米均孔薄膜，所述二氧化硅纳米均孔薄膜与玻碳电极基底之间具有还原氧化石墨烯层作为粘附层。