一種三維蒲公英狀分級結(jié)構(gòu)二氧化鈦微球修飾電極的制備方法及其應(yīng)用
【專利說明】一種三維蒲公英狀分級結(jié)構(gòu)二氧化鈦微球修飾電極的制備方法及其應(yīng)用
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明屬于三維分級結(jié)構(gòu)材料修飾電極領(lǐng)域，具體為一種三維蒲公英狀分級結(jié)構(gòu)二氧化鈦微球修飾電極的制備方法及其應(yīng)用。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]在過去的幾十年中，由于獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)以及在光電器件、催化劑、鋰離子電池和傳感器方面的應(yīng)用，三維分級結(jié)構(gòu)已經(jīng)引起了相當(dāng)多的關(guān)注。三維分級結(jié)構(gòu)最簡單的合成途徑就是自組裝，即有序聚集體自發(fā)形成的過程。因此，近年來許多研究集中于將一維、二維結(jié)構(gòu)的納米材料(如納米線、納米棒以及納米片等)自組裝成更加復(fù)雜有序的分級結(jié)構(gòu)，從而獲得具有更高的表面積-體積比，內(nèi)在各向異性的性質(zhì)以及可調(diào)空間分布的納米材料。目前，已經(jīng)有很多方法用來制備具有分級結(jié)構(gòu)的納米材料，其中包括低溫水溶液法、沉淀法、聲化學(xué)法、水熱法。在以上方法中，由于水熱法具有合成條件溫和、經(jīng)濟(jì)成本低、易于操作等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于制備各種分級結(jié)構(gòu)納米材料。
[0005]作為一種半導(dǎo)體材料，二氧化鈦具有許多優(yōu)異的性能，從而使其廣泛應(yīng)用于光電池、光催化以及電化學(xué)傳感器領(lǐng)域。近幾年，由于量子尺寸效應(yīng)和高比表面積的影響，二氧化鈦納米材料的表面性質(zhì)很大程度上受到其結(jié)構(gòu)和維度的控制，因而已有大量的研究集中于控制二氧化鈦納米材料的表面形態(tài)，尤其是三維分級結(jié)構(gòu)二氧化鈦納米材料。因此，將三維蒲公英狀分級結(jié)構(gòu)二氧化鈦微球修飾到電極上去，可使其具有更大的比表面積，從而提高電極的綜合性能，包括導(dǎo)電性能、催化性能和靈敏度等。
[0006]因此，制備三維蒲公英狀分級結(jié)構(gòu)二氧化鈦微球修飾電極，將其用于日落黃的快速檢測，在食品監(jiān)測方面具有較好的應(yīng)用前景。
[0007]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于通過制備一種三維蒲公英狀分級結(jié)構(gòu)二氧化鈦微球，從而提供一種響應(yīng)時間快、重現(xiàn)性好、穩(wěn)定性高的三維蒲公英狀分級結(jié)構(gòu)二氧化鈦微球修飾電極的制備方法。
[0009]本發(fā)明的另一個目的在于提供三維蒲公英狀分級結(jié)構(gòu)二氧化鈦微球修飾電極的制備方法在日落黃檢測中的應(yīng)用。
[0010]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種三維蒲公英狀分級結(jié)構(gòu)二氧化鈦微球修飾電極的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
(I)二氧化鈦納米材料的制備將含鈦前驅(qū)體、鹽酸與十六烷基三甲基溴化銨在去離子水中均勻混合，然后將所得混合物與乙二醇置于壓力為2?3MPa的高壓釜中于150?200°C反應(yīng)12?20小時；冷卻后離心分離取下層沉淀，經(jīng)去離子水和乙醇洗滌、干燥，得二氧化鈦納米材料；
(2)二氧化鈦分散液的制備
將二氧化鈦納米材料在凝膠中超聲分散，得二氧化鈦分散液；
(3)二氧化鈦/絲網(wǎng)印刷電極的制備
將步驟(2 )所得二氧化鈦分散液滴涂于經(jīng)活化處理的絲網(wǎng)印刷電極上，室溫干燥，得二氧化鈦/絲網(wǎng)印刷電極即為日落黃檢測電極。
[0011]在步驟(3)中，所述活化處理的絲網(wǎng)印刷電極由如下方法制得:在電化學(xué)工作站中，絲網(wǎng)印刷電極的參比電極作為參比電極，絲網(wǎng)印刷電極的工作電極作為工作電極，絲網(wǎng)印刷電極的對電極作為對電極，采用循環(huán)伏安法掃描硫酸溶液，硫酸溶液的濃度為0.1?1M，循環(huán)伏安掃描硫酸溶液的電位范圍為-1.0?1.0V，掃描速率為10?100mV/S，掃描圈數(shù)為I?20圈。
[0012]步驟(I)中所述含鈦前驅(qū)體為鈦酸異丙酯。
[0013]步驟(I)中所述去離子水、鹽酸、十六烷基三甲基溴化銨與含鈦前驅(qū)體的摩爾比為100:7:0.03:0.03 ?0.05。
[0014]步驟(I)中所述混合物與乙二醇的體積比為1:0?2。
[0015]步驟(2)中按照每1~2L凝膠中加入4g 二氧化鈦納米材料的比例，將二氧化鈦納米材料在凝膠中超聲分散，所述凝膠為聚氧化乙烯水溶液。
[0016]步驟(3)中所述二氧化鈦分散液滴涂量為8?12 μ L。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
第一，本發(fā)明使用二氧化鈦?zhàn)鳛殡姌O敏感物質(zhì)，所得二氧化鈦/絲網(wǎng)印刷電極性能穩(wěn)定，響應(yīng)時間快且成本低廉，具有較好的應(yīng)用前景；
第二，本發(fā)明采用滴涂方法直接將二氧化鈦分散液涂覆于電極表面制得敏感膜，工序簡單，重現(xiàn)性好；
第三，本發(fā)明采用三維蒲公英狀分級結(jié)構(gòu)二氧化鈦納米材料作為電極材料，可獲得高比表面積的電極，大大提高了電極的靈敏度；
第四，本發(fā)明制備的電極可快速、靈敏地檢測日落黃，可應(yīng)用于不同的食物樣品。
[0018]
【附圖說明】
[0019]圖1為實(shí)施例1中二氧化鈦/絲網(wǎng)印刷電極的20000倍SEM圖；
圖2為實(shí)施例1中二氧化鈦/絲網(wǎng)印刷電極的50000倍SEM圖；
圖3為實(shí)施例2中二氧化鈦/絲網(wǎng)印刷電極的30000倍SEM圖；
圖4為實(shí)施例3中二氧化鈦/絲網(wǎng)印刷電極的20000倍SEM圖；
圖5為實(shí)施例1、2和3中二氧化鈦/絲網(wǎng)印刷電極檢測日落黃的CV圖。
[0020]
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0022]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。所述方法如無特別說明均為常規(guī)方法。所述原材料如無特別說明均能從公開商業(yè)途徑而得。以下實(shí)施例中所使用的絲網(wǎng)印刷電極購自蘇州長三角系統(tǒng)生物交叉科學(xué)研究院有限公司；十六烷基三甲基溴化銨和乙二醇購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；鈦酸異丙酯和日落黃購自阿拉丁。
[0023]實(shí)施例中所用電極為絲網(wǎng)印刷電極，絲網(wǎng)印刷電極在滴涂二氧化鈦分散液之前進(jìn)行如下活化處理:
在電化學(xué)工作站中，絲網(wǎng)印刷電極的參比電極作為參比電極，絲網(wǎng)印刷電極的工作電極作為工作電極，絲網(wǎng)印刷電極的對電極作為對電極，在-1.0?1.0 V電位下以50 mV/s的掃速掃描0.5 M硫酸溶液，掃描10圈，活化后的電極室溫下放置干燥。
[0024]實(shí)施例1
一種二氧化鈦/絲網(wǎng)印刷電極的制備方法，步驟如下:
將去離子水、鹽酸、十六烷基三甲基溴化銨與鈦酸異丙酯按摩爾比為100:7:0.03:0.05的比例均勻混合，然后將混合物與乙二醇按體積比為1:2的比例置于壓力為2?3MPa的聚四氟乙烯高壓釜中(10ml)，于150°C下反應(yīng)20小時，經(jīng)冷卻、離心分離后取下層沉淀，經(jīng)去離子水和乙醇洗滌后，在烘箱中60°C下干燥24h得到二氧化鈦納米材料。
[0025]將4.0mg的二氧化鈦納米材料超聲分散在ImL的聚氧化乙烯凝膠中，得到均勻分散的二氧化鈦分散液，然后將8 μ L的二氧化鈦分散液滴涂到絲網(wǎng)印刷電極表面，室溫下干燥得到二氧化鈦/絲網(wǎng)印刷電極。
[0026]圖1、圖2為本實(shí)施