一种用于水中氨氮直接电化学检测的敏感电极材料及其制备方法

技术领域

本发明属于电化学传感技术领域，具体涉及一种用于水中氨氮直接电化学检测的敏感电极材料及其制备方法。

背景技术

氨氮是指在水中以游离氨(NH

现阶段，检测水中氨氮含量的方法主要有：纳氏试剂分光光度法、水杨酸分光光度法、气相分子吸收光谱法等光学检测手段。这些方法具有低的检出限等优点，但是存在复杂的提纯和测试过程，操作繁琐，使用试剂毒性较大，存在二次污染等问题。本发明为实现电化学快速检测氨氮，设计制备了一种用于检测水体氨氮的敏感电极。该电极具有制备工艺简单、稳定性好、检测能力强、环境友好的优点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于水中氨氮直接电化学检测的敏感电极材料及其制备方法。

本发明通过两步原位生长法，首先在碳布集流体上通过溶剂热合成法生长了氢氧化镍纳米片，然后通过电化学沉积法在氢氧化镍表面沉积上铂纳米片，最终制备了碳布支撑的铂纳米片-氢氧化镍复合敏感电极材料，并用于水中氨氮的直接电化学检测。

本发明所述的一种用于水中氨氮直接电化学检测的敏感电极材料的制备方法，其步骤如下：

(1)以碳布为支撑电极，对碳布进行清洗；

(2)使用二甲基咪唑、甲醇和镍盐作为溶液，将步骤(1)清洗后的碳布置于其中，装入反应釜进行溶剂热反应，制备得到碳布支撑的氢氧化镍(Ni(OH)

(3)以步骤(2)得到的碳布支撑的氢氧化镍为工作电极、铂片(1.0cm×1.0cm)为对电极、饱和甘汞电极(SCE)为参比电极，进行电化学沉积；沉积液为HCl和铂源的混合水溶液，HCl的浓度范围为0.4～0.6M，铂源的浓度范围为4～6mM；沉积完成后在工作电极表面得到铂纳米片，清洗干燥后得到本发明所述的用于水中氨氮直接电化学检测的敏感电极材料，即碳布支撑的铂-氢氧化镍(Pt-Ni(OH)

(4)利用电化学工作站，以Pt-Ni(OH)

作为优选，步骤(1)碳布清洗过程中，使用的试剂为乙醇、甲苯、丙酮、乙醇、盐酸中的一种或多种；

作为优选，步骤(1)碳布清洗过程中，每种试剂的清洗时间10～15min，最后以去离子水冲洗从而结束清洗过程；

作为优选，步骤(2)中镍盐为六水硝酸镍(Ni(NO

作为优选，步骤(2)中溶剂热反应的温度为120～150℃，反应时间为3～6小时；

作为优选，步骤(3)中铂源为氯铂酸(H

作为优选，步骤(3)中电化学沉积电位为-1V(vs.SCE)，沉积时间为500～1300s。

本发明所述的一种用于水中氨氮直接电化学检测的敏感电极材料，是由上述方法制备得到。

此本发明制备的电极材料具有以下优点：

1)本发明中使用的碳布具有耐酸耐碱的优点，可以满足不同pH条件下的溶液测试；2)本发明中氢氧化镍和铂都具有一定的对氨的电催化氧化能力，二者的协同作用有效的提升了检测能力；3)本发明中构建了一种自支撑电极，免去了敏感材料的喷/涂过程，使电极具有更好的稳定性；4)本发明中设计了具有分级结构的敏感电极，该分级结构为电极和电解液接触增加了更大的接触面积，可以加快反应物和生成物的扩散速度。本发明成功地制备出通过电化学技术实现电化学检测氨氮的敏感电极，具有直接高效的特点，而且电化学检测能力良好，具有较高的灵敏度，较宽的线性检测范围和较低的检出限。

附图说明

图1：实施例1制备的不同样品的扫描电镜照片：(a)碳布，(b)碳布支撑的氢氧化镍(Ni(OH)

图2：(a)为实施例1制备的Pt-Ni(OH)

图3：(a)实施例1制备的Pt-Ni(OH)

如图1所示，碳布为相对光滑的表面(a)；在生长氢氧化镍后，可以看到氢氧化镍呈现片状形貌(b)；进一步沉积铂之后，可以看到铂呈现片状形貌。

如图2所示，在DPV曲线中可以看出在-0.25V到-0.20V之间的峰随着NH

如图3所示，常见的阴阳离子对NH

具体实施方式

实施例1

适用于电化学氨氮检测的敏感材料的制备方法如下：

a)将碳布(CC)进行适当裁剪，尺寸为1.0cm×2.0cm，用有机试剂(甲苯、丙酮、乙醇)进行超声清洗，再用盐酸超声清洗，最后用去离子水清洗至中性。每次超声清洗时间为10分钟；

b)向20mL甲醇溶液中加入400.0mg的二甲基咪唑和333.0mg的六水硝酸镍，将a)过程中处理好的碳布放入溶液中，超声10分钟后，将上述溶液移至体积为50mL的反应釜中。最后在120℃的烘箱中，反应4小时，将得到的氢氧化镍-碳布(Ni(OH)

c)配置30mL浓度分别为0.5M的HCl和5mM的H

d)将获得Pt-Ni(OH)

实施例2

a)碳布的清洗过程如实施例1；

b)Ni(OH)

c)配置30mL浓度分别为0.5M的HCl和5mM的H

d)测试过程同实施例1，试验结果表明：通过本发明方法制备的电极对氨氮检测的灵敏度为9.3mA μM

实施例3

a)碳布的清洗过程如实施例1；

b)Ni(OH)

c)配置30mL浓度分别为0.5M的HCl和5mM的H

d)测试过程同实施例1，试验结果表明：通过本发明方法制备的电极对氨氮检测的灵敏度为13.9mA μM

实施例4

a)碳布的清洗过程如实施例1；

b)Ni(OH)

c)配置30mL浓度分别为0.5M的HCl和5mM的H

d)测试过程同实施例1，试验结果表明：通过本发明方法制备的电极对氨氮检测的灵敏度为10.8mA μM

实施例5

a)碳布的清洗过程如实施例1；

b)Ni(OH)

c)配置30mL浓度分别为0.5M的HCl和5mM的H

d)测试过程同实施例1，试验结果表明：通过本发明方法制备的电极对氨氮检测的灵敏度为14.7mA μM