[发明专利]一种四氧化三钴-多孔镍复合电极及其制备方法和在硒离子检测中的应用

说明书

本发明提供了一种四氧化三钴‑多孔镍复合电极及其制备方法和在硒离子检测中的应用。本发明采用电沉积‑去合金的方法制备多孔镍基底，并在镍层表面修饰四氧化三钴，获得四氧化三钴‑多孔镍复合电极。三维有序的多孔结构和催化活性粒子的相互结合，增大了材料的比表面积，保证了电极在氧化还原反应过程中能进行快速的离子传输和电子转移，提高了四氧化三钴‑多孔镍复合电极对硒离子响应的灵敏性。本发明制备的四氧化三钴‑多孔镍复合电极可应用于环境污染物微量硒离子的快速检测。

技术领域

本发明属于电化学传感器领域，涉及一种四氧化三钴-多孔镍复合电极及其制备方法和在硒离子检测中的应用。

背景技术

硒污染指硒及其化合物对环境所造成的污染。燃煤工业，铜、锌和铅矿石焙烧工业，半导体和电子工业以及颜料、染料、橡胶、冶金等工业都要生产或应用硒和硒化合物。这些工业生产与应用过程中会排放含硒的金属粉尘或以硒化合物的形式进入大气、水体和土壤中造成环境污染。工业中以残渣或废料的形式出现。熔化含硒材料时，排出的烟尘中含硒可达90％。硒酸盐和亚硒酸盐易溶于水，故污染水体中常以此种形态出现。硒可在土壤中富集，并被农作物吸收。硒是人和动物及部分植物必需的微量元素，检测土壤中的硒含量，是富硒农作物种植研究的重要课题，缺硒地区会使牛、羊、马和鸡发生白肌病，在克山病流行地区的人口服小剂量亚硒酸钠可以防止白肌病的发生，但摄入过量的硒，如车间中含硒粉尘、烟雾和蒸汽，会刺激人眼和呼吸系统，严重时引起胃肠功能紊乱等。

目前，硒含量的检测方法有：原子吸收光谱法、电感耦合等离子体质谱法、中子活化分析法。但现有方法测试步骤多，操作复杂，检测周期长，检测结果偏差较大，且检出限不够低。而电化学检测法具有快速响应、灵敏度高、制备简单和方便携带等优点，是目前快速、精准检测分子的最佳方法。将活性催化材料负载到电极上，通过与目标分析物发生反应，并产生与目标分析物浓度成正比的电信号。通过测量电极的电流或者阻抗等响应参数，可以推测被测物的含量。

电极表面的活性材料可以显著增强传感响应能力。这种增强主要是来自于材料几何特征，例如不规则性、大比表面积和高孔隙率，这使得电极表面上的活性位点更多，分子和电极表面之间的电荷转移的可能性增加。同时，采用原位修饰技术，将高比表面的金属材料与高催化活性的氧化物相复合，其结构与性能的协同作用，将大大提高离子传输和电子转移的速度，从而增加传感电极的灵敏度和稳定性。

综上所述，针对日益提高的环境保护与生命健康的要求，本领域需要一种制备工艺简单，可以快速检测硒离子的传感电极，以促进环境污染快检设备的产业化进程。

发明内容

本发明的目的是提供一种四氧化三钴-多孔镍复合电极及其制备方法和在硒离子检测中的应用。

本发明提供的四氧化三钴-多孔镍复合电极，以金属电极为基底，包括位于基底上方的电极修饰层，电极修饰层包括四氧化三钴-多孔镍修饰层。

四氧化三钴-多孔镍修饰层具有均匀分布的微观孔洞结构，基底为多孔镍膜层，孔径为10～50nm，表面修饰有羽毛状的四氧化三钴修饰层。

本发明提供的四氧化三钴-多孔镍复合电极解决了土壤中或者茶叶中硒离子无法快速检测的问题。具体通过在多孔镍表面原位修饰四氧化三钴，这种结构具有较大的电化学表面积，基于高催化活性物质相复合的结构框架保证了电极的高灵敏度和高稳定性。

本发明的另一目的是提供一种四氧化三钴-多孔镍复合电极的制备方法。

具体包括以下步骤：

S1、多孔镍的制备：采用电沉积法制备铜镍合金，然后通过去合金法获得多孔镍层。

S2、Co₃O₄@Ni电极的制备：以多孔镍为基底，采用电化学法在其表面修饰四氧化三钴层，制得Co₃O₄@Ni电极。