[发明专利]一种电化学还原氧化石墨烯修饰电极及其检测水中重金属六价铬离子的应用

说明书

本发明涉及一种电化学还原氧化石墨烯修饰电极及其在检测水中重金属六价铬离子中的应用。该修饰电极是在用电化学还原氧化石墨烯直接沉积在工作电极表面来制备的。用计时电流法、线性扫描伏安法或循环伏安法检测六价铬离子，石墨烯修饰电极为工作电极，以Ag/AgCl电极为参比电极，铂电极为对电极，包括检测实验的参数设置。本发明以石墨烯修饰金电极作为工作电极，电极制备过程简单方便，具有高的电化学活性，可实现快速检测Cr(VI)，检测范围宽(5～2000μg/L)，检测下限较低(0.5μg/L)，且具有抗其他金属离子干扰的能力和稳定性，检测周期短等优点有望应用于未来实际便携式检测应用。

技术领域

本发明属于电化学传感器技术领域，涉及一种电化学还原氧化石墨烯修饰电极及其在检测水中重金属六价铬Cr(VI)离子的应用，该修饰电极是一种用于现场多种重金属检测的电化学传感器。

背景技术

重金属铬在现代工业的电镀、冶金、制革、染色、颜料等行业中被广泛应用。工厂的废水、废气排放中所含的铬对环境造成了污染，是环境监测的必测项目之一。铬常见的化合物价态有三价铬Cr(III)和六价铬Cr(VI)，六价铬的毒性比三价铬高100-1000倍，六价铬易被人体吸收，在体内蓄积，抑制酶活性，干扰蛋白质、核糖核酸的合成，导致癌症。因此水中六价铬的检测对环境保护和人类健康具有十分重要的意义。目前检测重金属Cr(VI)的方法主要有：原子吸收光谱测试法、色谱分析法、荧光分析法、紫外-可见分光光度法、质谱分析法和电化学方法等。其中电化学分析方法的测量信号是电导、电位、电流、电量等电信号，不需要分析信号的转换就能直接记录，所以电化学分析的仪器装置简单小型，易实现自动化分析，是一种公认的快速、灵敏、准确的痕量分析方法。本发明是基于电化学分析中的计时电流法进行的。

计时电流法(chronoamperometry)是控制电压于一固定值，记录电流随时间的变化曲线,进而根据通过电极表面氧化或者还原电流的大小，定量计算电解质中发生反应的物质量。目前计时电流法检测限低，灵敏度高，实验步骤简单，响应时间快等优点，因此在痕量分析中占有重要的地位。

石墨烯是一种由碳原子通过sp²杂化而形成的具有二维蜂窝网状结构的新型碳材料。其拥有超大比表面积、超高载流子迁移率、优良的化学稳定性以及和其它纳米材料或生物材料兼容性好等等优异的物理性能，使得它成为电化学、电催化和生物传感器等领域的新宠。石墨烯的合成制备方法主要有机械剥离法、外延生长法、化学气相相沉法、化学剥离法、化学合成法等，这些方法不仅需要复杂的工艺过程、昂贵的成本，并且生产出的石墨烯难以控制形貌、稳定性差、不适合宏量制备。电化学还原氧化石墨/氧化石墨烯(graphiteoxide/graphene oxide GO)是利用GO在水溶液中带负电荷，在电场作用下，向工作电极移动，并在一定的电位条件下，还原沉积到工作电极上，只需在常温条件下，借助简单的电化学设施就可以实现。它被证明是一种具备光明前景的绿色快速的制备石墨烯方法，它能够实现批量生产，生产的石墨烯纯度高，避免了有毒还原剂的使用。

将石墨烯作为修饰材料应用于Cr(VI)检测，主要是由于还原氧化石墨烯边沿和缺陷部分存在的羧基、羟基官能团易和Cr(VI)形成重铬酸酯，给Cr(VI)提供了大量的还原位点，增强吸附Cr(VI)的能力；而且其比表面积大，有利于重金属离子的吸附，高载流子迁移速度可以加快检测的时间响应，得到更加尖锐的峰形，便于分析。本发明就是利用电沉积法在金电极上制备石墨烯修饰电极，同时利用石墨烯官能团对Cr(VI)吸附能力强、比表面积大、载流子迁移速度高等独特性实现对Cr(VI)的检测，得到一种绿色、快速、灵敏的检测方法。

发明内容