[发明专利]用于痕量重金属检测的微纳结构铋电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于痕量重金属检测的电极领域，具体涉及用于痕量重金属检测的微纳结构铋电极及其制备方法。

背景技术

随着现代工业和以燃油为主的交通运输业的快速发展，环境污染也日趋严重。其中重金属离子铅、镉、铬、砷等的污染尤其危险，由于其在生物体内不可以降解，在极其微量的污染下也会产生不良的后果，因此痕量重金属离子的定量检测在环境检测、药物及食品安全方面都是十分重要的。传统的溶液中痕量重金属电化学检测法是以汞电极作为工作电极进行检测的，但是汞及其制备汞电极所要用到的汞盐都是有毒的，所以在制备和使用汞电极作为电化学检测手段时候，会引进新的二次污染。为了避免汞电极在化学检测中的不利影响，近来发展了一种铋薄膜电极来代替汞电极进行电化学检测。

但现有铋薄膜电极都是以在基底上制备出来的一层多晶的铋膜作为工作电极，而这种电极的特征尺寸大于25μm，重现性较差，检查灵敏度不高，不利于实际应用于痕量重金属检测。

发明内容

本发明的主要目的是针对现有用于痕量重金属检测的电极存在的不足，提供一种电极制备方法简单，同时具有更高的检查灵敏度的用于痕量重金属检测的微纳结构铋电极，本发明的铋电极有效地提高了电极的有效表面积，实现了电极检测灵敏度的成倍提高。

本发明的进一步目的还在于提供用于痕量重金属检测的微纳结构铋电极的制备方法。

为达本发明的主要目的，本发明提供一种用于痕量重金属检测的微纳结构铋电极，其电极为表面分布有微纳尺寸结构的铋阵列，微纳结构铋阵列由铋纳米线或铋纳米片组成，覆盖电极表面20～70％。

所述微纳结构铋阵列为二维铋纳米片阵列或一维铋纳米线阵列。

所述二维铋纳米片阵列的铋纳米片厚度为20nm～500nm，铋纳米片的宽度及长度均为1μm～30μm；二维铋纳米片以花状分布在表面，或以单片形式垂直立于表面。

所述铋纳米片为常压相点阵结构或高压相点阵结构。

所述一维铋纳米线阵列的铋纳米线的直径为5nm～300nm，长度为100nm～30μm。

所述二维铋微纳结构阵列铋电极用电化学自组装方法制备，包括以下步骤：对导电基底进行预处理，使基底平面光滑且去除表面油脂污染；把准备好的基底用作工作电极，用恒电位方法进行铋二维微纳结构阵列的沉积；沉积完成后，把样品从电解池中取出，先用去离子水冲洗数次，以除去样品表面吸附的电解液，然后用氮气吹干，得到铋二维微纳结构阵列电极。

所述用电化学自组装方法制备二维铋微纳结构阵列铋电极步骤中的基底为铋、铜、镍、铁、金或银等金属导电材料，或硅片等半导体材料，或ITO导电膜，或表面镀有金属导电材料、半导体材料、ITO导电膜的陶瓷。

所述一维铋纳米线阵列铋电极用电化学模板法制备，包括以下步骤：在模板的一面通过磁控溅射方法镀一导电膜，用作导电层；把模板用作电化学沉积的工作电极，通过恒电位的方法沉积铋纳米线；沉积完成后，把样品从电解池中取出，先用去离子水冲洗数次，以除去样品表面吸附的电解液，然后用氮气吹干，得到铋一维纳米线阵列电极。

所述用模板法来制备一维铋纳米线阵列铋电极步骤中的模板为氧化铝多孔模板或高分子多孔模板。

本发明用于痕量重金属电化学法检测的微纳结构铋电极可用于检测水溶液、血液或有机溶液中存在的痕量重金属离子铅、镉、铬、砷、锌等。

根据定义[J.Wang.Analytical Electrochemistry.New York：Wiley-VCH；2000.]，超微电极是指电极至少有一个维度的尺寸，也称为电极的临界尺寸小于25μm的电极，这一临界尺寸可以是圆盘电极的直径，也可以是片状或者带状电极的厚度。超微电极相对于常规电极(其特性尺寸为毫米级的电极)有许多良好的特性，包括：稳态电流，高的传质性能，高的法拉弟电流/电容电流比率，高的信噪比，不受溶液流动影响，低的欧姆电阻降等。本发明制备得到的微纳结构铋电极的特征尺寸小于25μm，均具备超微电极的良好特性，在用于痕量重金属检测时大大提高检测的灵敏度，而且本发明用于痕量重金属电化学法检测的微纳结构铋电极的制备方法简单，检测重金属离子的浓度可以低至1×10^-12摩尔/升的量级。二维铋纳米片阵列铋电极可以和基底一起用作电化学溶出方法检测的工作电极，也可以把其中的一个或者几个铋微纳结构单独用作电化学溶出方法检测的工作电极。

附图说明

图1是实施例一制得的表面分布着二维铋纳米片阵列的电极的正面俯视图。

具体实施方式

实施例一