[发明专利]一种氮硫共掺杂有序介孔碳材料的制备方法、电极片及应用

说明书

本发明公开了一种氮硫共掺杂有序介孔碳材料的制备方法、电极片及应用，通过选取单一碳源作为氮硫共掺杂剂，可有效地实现了介孔碳材料的均匀掺杂，从而避免了多种碳源造成的异质原子掺杂不均一的现象。与碳纳米管和石墨烯相比，所制备的氮硫共掺杂有序介孔碳展现了更高的电催化活性。以氮硫共掺杂有序介孔碳涂覆制备的电极片可有效检测河水样品中的氨基三唑，其检测限较低并获得了令人满意的回收率。

技术领域

本发明涉及介孔材料技术领域，特别是涉及一种氮硫共掺杂有序介孔材料的制备方法，以及利用该有序介孔材料制成的电极片和用该电极片检测水体中氨基三唑的应用。

背景技术

目前国内外可以实现氨基三唑定量、准确检测的方法主要包括：液相色谱、气相色谱及毛细管电泳等。但是，在这些方法中，有些存在仪器价格昂贵，运行费用高，不易携带等缺点，有些则需要复杂的前处理。因此，不易实现在线、实时、连续的生物分子检测。电化学方法(即电化学传感器)易于实现自动化、便携化，有望实现在线、实时、连续的污染物检测。已被证明，在生物分子检测方面，该方法有高的准确性和低的检测限。此外，对于实际样品检测来说，电化学传感器也给出了令人满意的结果。工作电极作为电化学传感器的核心部件，决定着传感器的传感性能如检测限、稳定性、灵敏度和线性范围等。因此，获得具有高电催化活性和长期稳定性的工作电极材料是获得稳定、高效的电化学传感器的前提。近来，一些新型的纳米材料已被用于修饰传感界面，研究氨基三唑在传感界面的电化学行为，实现了生物分子的灵敏检测。目前开发新型纳米电极材料用于生物分析检测已成为无机化学、材料化学及分析化学等领域的热点之一。

碳材料电化学是一个飞速发展的领域。碳材料具有电位窗口宽、生物相容性好、成本低、电催化活性高、酸碱稳定性高等优异特性。其中，石墨烯和碳纳米管已经被广泛用于传感识别元件(工作电极)的制作、电催化有机小分子、生物小分子，展现了良好的传感性能。但是，大多数的石墨烯和碳纳米管在合成时由于使用了金属催化剂，材料表面会含有残留的金属催化剂导致碳材料不纯，传感性能不稳定。较于石墨烯和碳纳米管，有序介孔碳材料主要是以纳米浇铸的方法合成的。其在合成过程中，通常使用介孔二氧化硅作硬模板、酸作催化剂，避免了金属不纯物的残留。更重要的是，其高比表面和开放的孔结构能提供一个扩大化的传感界面，可被直接用在电化学和生物传感领域。现今，已经有证据表明，有序介孔碳比石墨烯和碳纳米管展现了更迷人的电催化性能。此外，一些科研人员通过在有序介孔碳表面引入异质原子(如N、S等)，增加电化学活性点位，提高其电化学传感性能。例如科研人员使用吡咯作为碳源合成了高有序的氮掺杂介孔碳电催化剂，证实氮的加入增加了N-C电化学活性点位，进而展现了迷人的电催化氧还原的性能。也有科研人员使用二苄基二硫作为硫源，蔗糖作为碳源通过硬模板的方法合成了高有序的硫掺杂介孔碳材料。将此材料修饰到玻碳电极上，通过电化学性能测试，他们发现C-S-C成分能极大地增加介孔碳材料的电化学活性，提高其电催化性能。这些为提高有序介孔碳材料提供了有意义的探索。目前，也有课题组利用分别含有氮源和硫源的两种碳源混合，进行氮硫共掺杂介孔碳制备，但是此类制备过程硫掺杂量低，且掺杂不均匀。

发明内容

本发明目的在于发展了一种以单一物质为碳源，通过纳米浇筑方法制备氮硫共掺杂有序介孔碳材料的方法，采用有序介孔二氧化硅SBA-15作为硬模板，将单一的亚甲基蓝溶液孕注到SBA-15的介孔孔道内，通过低温预碳化和高温碳化后，得到碳/二氧化硅纳米复合物。随后使用氢氟酸将SBA-15模板去除，得到有序介孔氮硫共掺杂碳材料。通过选取单一碳源作为氮硫共掺杂剂，可有效地实现了介孔碳材料的均匀掺杂，从而避免了多种碳源造成的异质原子掺杂不均一的现象。与碳纳米管和石墨烯相比，所制备的氮硫共掺杂有序介孔碳展现了更高的电催化活性

本发明的另一目的是利用该氮硫共掺杂有序介孔材料制成一种电极片以及利用该电极片检测水体中氨基三唑的应用，

一种氮硫共掺杂有序介孔碳材料的制备方法，包括以下步骤：