[发明专利]一种基于石墨烯-三氧化钼的全固态钾离子选择性电极及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种基于石墨烯‑三氧化钼的全固态钾离子选择性电极及其制备方法和应用，所述全固态钾离子选择性电极包括基体、设置在所述基体表面的转导层，以及覆盖在所述转导层表面的钾离子选择性膜，所述转导层包括石墨烯‑三氧化钼纳米复合材料。本发明使用石墨烯‑三氧化钼纳米复合材料来构建全固态钾离子选择性电极，将还原氧化石墨烯的高表面积、高导电性、高疏水性与三氧化钼的高氧化还原电容相结合，使全固态钾离子选择性电极的转导层同时拥有双电层、氧化还原电容、较强导电性和疏水性，有效地防止了电极水层的形成，对钾离子具有良好的响应以及优异的电位稳定性。

技术领域

本发明涉及离子选择性电极技术领域，尤其涉及一种基于石墨烯-三氧化钼的全固态钾离子选择性电极及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，随着可穿戴传感器的崛起，全固态离子选择性电极转导层材料的研究也成为电位传感器领域中最活跃的主题之一。已有文献报道称，具有较大氧化还原电容的导电聚合物，如聚吡咯、聚噻吩和聚苯胺等作为转导层可使全固态离子选择性电极具有较高的电容，但光、O₂和CO₂以及水层等因素容易影响其电位的稳定性。碳纳米管、石墨烯和富勒烯等碳基纳米材料可作为新型固体转导层应用于全固态离子选择性电极的转导层具有良好的抗干扰性，但电容相对较低，电位漂移量相对较大。因此，发展新型的转导层材料是当前全固态离子选择性电极研究重点。

MoO₃材料在水污染处理、电化学、光电器件等领域具有重要的应用。并且，生物体及生态系统对钼基材料有较强的自我调节和内稳定机制，使得MoO₃备受研究学者的关注。MoO₃具有价格低廉、合成方法简单且理论容量(2700F/g)高等特点，是一种极具潜力的赝电容电极材料。但是作为一种过渡金属氧化物，MoO₃的导电性差，并且在电化学反应过程中存在溶解和结构变异的现象，因此目前文献报道的MoO₃的电容值均远远低于其理论容量。石墨烯具有导电性好，结构稳定，抗干扰性强等优异的电化学性能，但是由于在制备过程中存在着不可逆转的团聚现象，文献报道石墨烯作全固态离子选择性电极的质量比电容均在～100F/g，其低电容导致其电位长期稳定性差。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种基于石墨烯-三氧化钼的全固态钾离子选择性电极，对钾离子具有良好的响应以及优异的电位稳定性。

同时，本发明还提供所述全固态钾离子选择性电极的制备方法和应用。

具体地，本发明采取如下技术方案：

本发明的第一方面是提供一种全固态钾离子选择性电极，包括基体、设置在所述基体表面的转导层，以及覆盖在所述转导层表面的钾离子选择性膜，所述离转导层包括石墨烯-三氧化钼纳米复合材料。

根据本发明第一方面的全固态钾离子选择性电极，至少具有如下有益效果：

本发明首次利用石墨烯-三氧化钼纳米复合材料用作全固态钾离子选择性电极的转导层，将还原氧化石墨烯的高表面积、高导电性、高疏水性与三氧化钼的高氧化还原电容相结合，极大改善了石墨烯材料电位漂移的问题。

在本发明的一些实施方式中，所述石墨烯-三氧化钼纳米复合材料在所述全固态钾离子选择性电极中的负载量为0.5～2mg/cm²。

在本发明的一些实施方式中，所述石墨烯-三氧化钼纳米复合材料含有还原氧化石墨烯和三氧化钼，所述三氧化钼与还原氧化石墨烯的质量比为1：0.5～2，优选1：1～1.5。

在本发明的一些实施方式中，所述钾离子选择性膜在所述全固态钾离子选择性电极中的负载量为15～25mg/cm²。

在本发明的一些实施方式中，所述钾离子选择性膜的制备原料包括：钾离子载体、高分子聚合物、增塑剂和亲脂性大分子。