[发明专利]分级多孔纳米氧化铝/金复合薄膜电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合薄膜电极及其制备方法，具体涉及一种具有分级多孔纳米结构的氧化铝/金复合薄膜电极及其制备方法。

背景技术

纳米结构材料具有大的比表面积，表面存在大量的悬键和表面缺陷等活性中心等特点。基于纳米结构角度对传统电极进行设计和改性，提高电化学传感器的灵敏性、可靠性和稳定性越来越受到人们的重视。

金电极作为传统电极材料广泛地用于电化学分析。与传统金电极相比，纳米结构的金电极具有大的比表面积，表面存在大量的悬键和表面缺陷等活性中心，极大地提高了电极电催化活性，增加了电极的活性区域面积，改善电极性能。文献（1）Chemistry of Materials 2007, 19 (15), 3648-3653、文献（2）Analytical Chemistry 2006, 79 (2), 533-539和文献（3）Electrochimica Acta 2010, 55 (5), 1801-1800分别报道了以电化学腐蚀制备纳米结构多孔金电极。电化学测试表明，电子转移效率得到了提高，电极灵敏度等性能得到了改善。无机通孔多孔材料不仅具有优异的机械、热和化学稳定性以及良好的生物兼容性，而且具有大的比表面积，好的吸附和渗透性，使得其非常适合作为电极表面的改性材料。尤其对于电化学生物传感器，在电极表面孔道相连或孔道垂直于基材的改性层，不仅提高了电活性物质向电极表面的扩散效率，而且为生物活性单元提供了一个比较稳定可靠的微环境，改善生物活性单元的固定效果。文献（4）Nat Mater 2007, 6 (8), 602-608和文献（5）Chemistry of Materials 2009, 21 (4), 731-741中采用电化学辅助自组装的方法，在各种导电基体上原位制备了通道垂直于基体表面的介孔二氧化硅膜。伏安实验结果表明电活性物质可以通过膜向电极表面快速迁移，表观扩散系数高达1×10^-7 cm² s^-1。纳米多孔阳极氧化铝(AAO)具有孔道垂直于膜表面的有序纳米孔，用于电极表面的改性亦具有广泛的前景。文献（6）Thin Solid Films 2006, 495 (1-2), 321-326中以纳米多孔AAO膜作为生物活性物质的载体，并被置于铂电极的表面。结果表明这种纳米多孔AAO膜可以保存大量的生物活性物质，并能促进电活性物质向电极表面的扩散。但由于纳米多孔AAO膜脆性大，难于处理，使得其难以大规模的应用于电极表面的改性中。

发明内容

本发明的目的是：提供一种具有分级多孔纳米结构的氧化铝/金复合薄膜电极及其制备方法。这种电极具备纳米多孔金和纳米多孔阳极氧化铝(AAO)的双重优点，并且在制备过程中能克服现有纳米多孔阳极氧化铝膜作为电极改性层易脆、难于操作的缺点。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

本发明的分级多孔纳米氧化铝/金复合薄膜电极，其特征在于，它包括由绝缘基板、第一结合层、导电金属层、第二结合层、改性材料层和绝缘层构成的复合薄膜，所述复合薄膜为分级纳米多孔结构，其中与绝缘基板直接接触的是第一结合层，其厚度为2-100nm；覆盖在第一结合层上表面的是导电金属层，该层厚度为50-200nm，在该层上均布有孔径为2-20nm的小孔，其分布密度为10¹⁰/cm²-10¹²/cm²；在导电金属层上面为第二结合层，其厚度为2-50nm；改性材料层位于第二结合层的上面，其厚度为200-2000nm；在改性材料层上均布有孔径为20-400nm的小孔，分布密度为10⁹/cm²-10¹²/cm²，在第二结合层上也均布有小孔，其孔所在位置、孔径及分布密度与改性材料层上的孔相同；在复合薄膜的四周边沿设置有绝缘层，其厚度为300-3000nm。

在上述分级多孔纳米氧化铝/金复合薄膜电极中，所述绝缘基板是玻璃或石英或带有氧化层的硅片；所述第一结合层的材料是钽、铌或钛；所述第二结合层是钽、铌或钛的氧化物层；所述导电金属层为纳米多孔金层；所述改性材料层为纳米多孔阳极氧化铝(AAO) 层；所述绝缘层为二氧化硅层或SU-8层或聚酰亚胺层。