[发明专利]一种N、P共掺杂的纳米碳基框架材料修饰电极及其制备方法和应用

说明书

本发明以2‑甲基咪唑为配体，硝酸钴为金属中心，通过自组装法获得了钴基有机框架材料；该有机框架作为前驱体碳化得到了钴颗粒负载的N掺杂纳米碳中间产物，将该中间产物进行酸洗处理，获得N掺杂的纳米碳材料，将N掺杂的纳米碳材料与植酸溶液充分搅拌，将吸附植酸的N掺杂的纳米碳材料进行二次煅烧处理，即制备出N,P共掺杂的纳米碳基框架材料。引入尺寸和电负性不同的杂原子可以诱导碳骨架中碳原子的电荷再分配，导致碳的电子结构发生变化而产生催化活性，以有机框架为前驱体使得制备的材料具有大的比表面积与高孔隙率，由该材料制备的修饰电极具有优异的电化学活性，高的电子转移能力，有利于实现对痕量萘酚异构体的高灵敏检测。

技术领域

本方法涉及电化学检测技术领域，具体为一种N、P共掺杂的纳米碳基框架材料修饰电极及其在电化学传感检测方面的应用。

背景技术

萘酚属于基本化工原料中间体，深加工可以获得一系列萘系中间体。2-萘酚广泛用于染料，颜料的合成，还用于香料，农药，医药，防老剂等的合成。萘酚异构体（1-naphthol和2-naphthol）是两种高毒性的环境污染物，因此，萘酚异构体的高灵敏快速检测在环境监测领域显得尤为重要。基于色谱学的传统检测技术仪器昂贵、操作复杂、成本检测高。相比之下，电化学传感技术具有仪器简便、灵敏度高、检测速度快等优势，然而基于电化学技术实现萘酚异构体同时快速检测的研究还十分少见。不仅如此，当前报道的用于萘酚异构体检测的电极材料多数面临材料制备工艺安全隐患高、反应副产物环境危害大、膜电极材料电子转移能力差、萘酚异构体电化学信号弱等诸多缺点。

申请号为201510031618.9的专利公开了一种电还原氧化石墨烯修饰玻碳电极，将该电极用于萘酚异构体的检测，由于化学法制备石墨烯具有较大的环境危害性及操作安全隐患，使得其制备成本较高；申请号为201210518787.1的专利公开了一种氨基功能化介孔化材料修饰电极检测萘酚异构体的方法，由于氨基化介孔二氧化硅电子转移能力较差，其制备的电极对萘酚异构体的灵敏度不高，由此使得该方法用于检测萘酚异构体的检出限较高，不利于低浓度样品的检测。

采用仪器分析是现阶段监控有毒有害物质的主要手段，由于仪器昂贵、设备操作复杂等问题，污染物的实时监控仍不能大范围进行，为了提高对污染物的检测灵敏度、效率以及降低成本，仍需要不断改善仪器设备，优化分析方法。

发明内容

在燃料电池领域，由于铂资源稀缺，过渡金属材料稳定性差，从长期发展的角度来看，非金属氧还原催化剂(如无金属碳基材料)是用于燃料电池阴极催化剂的理想选择。近年来，新兴的无金属碳基材料已成为电催化剂快速增长的分支，杂原子 (如氮、硼、硫、磷等)掺杂能显著提高燃料电池阴极催化剂活性。掺氮碳材料的合成不仅取决于其相应碳前驱体的结构和组成，还取决于其形貌和表面性质。对于碳前驱体，具有较高氧含量的碳前驱体倾向于使其具有较高的氮含量。此外，具有三维形貌和大比表面积碳的前驱体复合材料有助于形成高氮含量和较多催化位点的催化剂。

金属-有机骨架材料（Metal-OrganicFrameworks）简称MOF，是指过渡金属离子与有机配体通过自组装形成的具有周期性网络结构的晶体多孔材料。

MOF材料的可控合成以及电催化性能的研究是电化学研究领域的热点之一。MOF是由金属离子和有机配体通过配位键的形式组装而成的一类具有大比表面积和高孔隙率的新型多孔材料。基于金属盐和有机配体不同的化学和物理性质，从而获得结构可调，具有不同孔径和化学环境的MOF材料。MOF的永久孔隙度有利于电解质在整个材料中快速扩散，有助于电解质与电催化活性位点的充分接触。

碳纳米材料的边缘缺陷，如悬键，氢饱和键，导致不同位置（边缘或平面内）碳原子之间也存在电荷转移，为电化学催化反应提供活性位点。杂原子掺杂是一种将缺陷引入碳材料的方法，因为加入外来元素后，大块碳材料的电子结构会被打断，因此，对碳材料而言，杂原子的引入也可认为是一种点缺陷。