[发明专利]阿斯巴甜分散碳纳米管方法及应用电极

说明书

技术领域

本发明涉及一种绿色经济型的碳纳米管分散剂及制备功能化的碳纳米管修饰电极的方法，属于碳纳米管分散及其应用领域。

背景技术

碳纳米管因具有独特的物理和化学性能，如优异的轴向导电性、超强的力学性能、很高的比表面积和量子尺寸效应等，使其在超级电容器、催化剂载体、传感检测等诸多领域具有广阔的应用前景。然而碳纳米管间存在较强的范德华力，通常情况下其以纠缠团聚体的状态存在于水和一般有机溶剂中，因此要发挥碳纳米管的优异性能实现其广泛应用，如何均匀分散碳纳米管是首要解决的关键问题。

目前文献报道碳纳米管分散方法主要分两类：共价修饰和非共价修饰法。其中共价法主要是用强氧化性物质处理碳纳米管，得到表面羧基改性的碳纳米管。通常碳纳米管在共价功能化过程中被切断，并且表面电子结构有一定程度的损坏，从而导致碳管导电性下降，限制了在许多领域的应用。相比之下，非共价功能化的方法可保持碳纳米管表面电子结构和性能，被认为是一种无损高效、较有前途的碳纳米管分散方法。文献报道的分散剂如表面活性剂、高分子聚合物等具有一定的生物毒性，而DNA链和多肽等分散剂合成价格昂贵，这些因素很大程度上限制了碳纳米管的实际应用。因此探索新的廉价且生物相容性好的分散剂，实现碳纳米管的高效分散，对于促进碳纳米管的实际应用具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种阿斯巴甜分散碳纳米管方法及应用电极；具体来说，阿斯巴甜作为新的绿色经济型碳纳米管分散剂，采用此分散剂功能化的碳纳米管修饰电极，可提高电极电化学传感检测能力。该方法所用到的分散剂阿斯巴甜为市售工业化产品，廉价易得，其两亲性可有效的起到分散碳纳米管的效果；该分散剂功能化的碳纳米管分散液稳定性高；且可在较宽的pH范围内均稳定存在，用该功能化的碳纳米管涂覆玻碳电极，显著提高了电极的传感检测性能。

本发明所制备的功能化碳纳米管修饰的电极，是通过使用两亲性二肽衍生物阿斯巴甜做分散剂，溶解于溶剂中分散碳纳米管，并使用所述的碳纳米管分散液涂覆电极制得的。

本发明的技术方案通过如下具体技术实现：

一种采用阿斯巴甜分散碳纳米管的方法，分散剂阿斯巴甜溶液配制：将阿斯巴甜加入双蒸水中搅拌溶解；加入碳纳米管粉末，其中碳纳米管与阿斯巴甜的质量比为1:2.5–1:20，将包含碳纳米管的分散剂溶液于冰水浴中超声分散，得到黑色悬浮液；将悬浮液高速离心，弃去离心后的沉淀物，即得阿斯巴甜功能化修饰的碳纳米管分散液。

所述的阿斯巴甜纯度>99%，浓度为0.5-4.0mg/mL。

所述的碳纳米管是单壁或多壁碳纳米管，在冰水浴中进行超声分散，超声后的悬浊液在10000rpm转速下离心30-40分钟，弃去离心沉淀物即未被阿斯巴甜修饰的碳纳米管聚集体，保留上层黑色溶液即阿斯巴甜功能化修饰的碳纳米管分散液。

本发明获得的功能化的碳纳米管分散液制备修饰电极，选用玻碳电极或金电极，电极直径为1-4毫米，修饰电极所用功能化碳纳米管分散液的体积为10-20微升，将分散液涂覆在玻碳电极或金电极表面，室温自然干燥后即在电极表面形成均一稳定的碳纳米管修饰层。

用功能化的碳纳米管修饰电极应用于检测过氧化氢，测试电极的检测性能。

功能化的碳纳米管修饰电极应用：利用电化学工作站，采用步骤所制备的阿斯巴甜功能化碳纳米管修饰电极，于铁氰化钾溶液中考察其循环伏安行为，进而在0.1mol/L pH＝7.0磷酸缓冲液体系中检测过氧化氢，以此来测试电极的检测性能。

本发明中所述的阿斯巴甜为市售工业化产品，纯度>99%，作为一种二肽衍生物其具有良好的生物相容性，且对环境无污染，成本低廉。其结构式中同时具有亲水基团和疏水基团，且分子结构中的苯环可与碳纳米管表面形成π–π共轭体系，可使阿斯巴甜分子有效结合到碳纳米管表面，从而获得稳定分散的阿斯巴甜功能化的碳纳米管分散液。由附图1和附图2比较可见，光滑的原始多壁碳纳米管表面经过阿斯巴甜功能化后，表面附着较多的物质，认为是阿斯巴甜经透射电子辐射后的残余物。

本发明中所述的碳纳米管优选多壁碳纳米管，由中科院成都有机化学有限公司提供，性能参数为：纯度>95%，长度10-30微米。

上述制备方法中，所述超声分散功率为100-150W，超声时间为20-40分钟，超声温度为0℃。

本发明的有益效果：

（1）本发明所述分散剂阿斯巴甜成本低廉，具有良好的生物相容性，功能化方法简单易行，分散效果优于相同浓度的传统表面活性剂SDS（如附图3紫外吸收光谱可见）。