[发明专利]一种尖端嵌入纳米颗粒的多孔微针电极及其制备和应用

说明书

本发明涉及电化学分析领域，具体的说是一种尖端嵌入纳米颗粒的多孔微针电极及其制备和应用。以镍铬合金针制备微针电极本体；对上述微针电极的尖端部位通过电化学刻蚀方式，使微针电极尖端形成紧密排列的纳米孔道；其中，纳米孔道覆盖整个电极尖端；通过脉冲电沉积法将金属颗粒嵌入至上述获得尖端紧密排列有纳米孔道的微针电极的纳米孔道内。本发明所述微针电极的尖端多孔结构，还可以对纳米孔道内的纳米颗粒起到保护作用，防止纳米颗粒在检测过程中脱落，使得所制备的电极具有良好的稳定性和更长的使用寿命，可以广泛用于不同样品中不同污染物的高灵敏、高稳定检测。

技术领域

本发明涉及电化学分析领域，具体的说是一种尖端嵌入纳米颗粒的多孔微针电极及其制备和应用。

背景技术

基于伏安法的化学修饰电极的研究，一直是电化学传感器的研究热点。电化学伏安分析法具有仪器设备简单、操作简便、灵敏度高、易于小/微型化和自动化等优势，在生物医学、食品、工业及环境分析等领域得到了广泛应用。电化学伏安分析法的核心是工作电极。传统的工作电极是汞电极，但汞已经被很多国家列为禁止使用的环境剧毒污染物，而且其在制作和储存等方面的都有着特殊要求。因此，人们对绿色环保、可代替汞的化学修饰电极进行了越来越多的关注。

早期的研究，人们直接将具有良好电化学催化性能的纳米材料负载到常规固体电极如玻碳电极、金电极、铂电极等的表面，制备化学修饰电极，以提高电极检测的灵敏度。但研究发现，此类电极由于基底固体电极的面积较大，使得背景电流较大，灵敏度较低。后来人们研究发现，通过将基底固体电极的体积缩小，制备微型化的电极，可以提高电极的传质速率，降低平衡时间，提高电极检测的灵敏度。因此，基于微型化固体电极的化学修饰电极引起了分析领域研究人员的广泛关注。在已有的文献报道中，金丝、铱丝、碳纤维等已经被广泛用于制备化学修饰微型电极的基底电极材料。然而，由于微型电极的体积小、表面光滑、比表面积小、活性结合位点少，目前采用的直接电沉积法、物理溅射法等所制备的修饰微型电极仅能负载少量的具有优异性能的纳米材料。为提高微型电极对纳米材料的负载量，目前已有在微型电极表面物理溅射导电层后，通过电沉积金属合金，然后将合金中活泼金属去除掉以形成多孔金属修饰层，以提高负载量及反应面积的研究；上述负载的微型电极可以提升所制得的传感器的灵敏度。但是，微型电极表面非常光滑，缺乏足够的结合位点来负载纳米材料，同时，光滑的电极表面无法对负载其上的纳米材料进行有效的保护，导致在检测过程中，上述所修饰的纳米材料容易从电极表面脱落，造成检测性能降低，稳定性较差，从而限制了修饰微型电极的广泛应用。

因此，基于微型电极本体的表面结构改性，在增大比表面积的同时，有效提高电极稳定性的研究，将为化学修饰电极的发展开辟新的研究方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种尖端嵌入纳米颗粒的多孔微针电极及其制备和应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种尖端嵌入纳米颗粒的多孔微针电极的制备方法：

a.以镍铬合金针制备微针电极本体；

b.对上述微针电极的尖端部位通过电化学刻蚀方式，使微针电极尖端形成紧密排列的纳米孔道；其中，纳米孔道覆盖整个电极尖端，孔道直径在300-900nm之间；

c.通过脉冲电沉积法将金属颗粒嵌入至上述获得尖端紧密排列有纳米孔道的微针电极的纳米孔道内。

所述步骤b中，以镍铬合金微针电极作为工作电极，石墨电极作为辅助电极，将上述两电极置于刻蚀液中，采用恒电位法进行电化学刻蚀，在微针电极尖端形成紧密排列的纳米孔道。

所述电化学刻蚀的刻蚀电位为1-5V，刻蚀时间为30-180s；

优选，所述电化学刻蚀的刻蚀电位为2V，刻蚀时间为120s。

所述刻蚀液成分为0.2-0.5wt％的氟化铵，2-5vol％的乙二醇和95-98vol％的去离子水。