高靈敏度鉛離子檢測(cè)用納米炭電極的制備.pdf

1、重金屬污染對(duì)人體的危害非常大，對(duì)全身各器官均有毒害作用，但以神經(jīng)系統(tǒng)、血液和心血管系統(tǒng)為甚。即使少量的重金屬進(jìn)入人體內(nèi)，長(zhǎng)時(shí)間積累也會(huì)導(dǎo)致人體病變，在2011年，世界衛(wèi)生組織已經(jīng)將飲用水中鉛離子濃度安全標(biāo)準(zhǔn)從50ppb降到10ppb。因此實(shí)現(xiàn)對(duì)飲用水中鉛離子的高效靈敏檢測(cè)，對(duì)于人們的生命安全十分關(guān)鍵。電化學(xué)檢測(cè)方法因?yàn)槠涞统杀?，快速檢測(cè)的特點(diǎn)，在重金屬檢測(cè)領(lǐng)域有著獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)。
　　電化學(xué)檢測(cè)方法的關(guān)鍵在于電極材料的選擇，電化學(xué)檢測(cè)

2、一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)速度快，所以要求電極材料需要在極短的檢測(cè)時(shí)間內(nèi)對(duì)目標(biāo)離子具有快的吸附速率和高的吸附量，才能達(dá)到快速高效的檢測(cè)效果。因此要對(duì)材料進(jìn)行合理的微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高目標(biāo)離子在材料內(nèi)部的擴(kuò)散。當(dāng)前許多電極材料（例如多孔炭材料）的缺點(diǎn)在于其開放的外比表面積過(guò)小，從而使目標(biāo)離子在材料內(nèi)部擴(kuò)散速率成為其檢測(cè)性能限制因素，嚴(yán)重制約了其實(shí)際應(yīng)用。本部分實(shí)驗(yàn)利用石墨烯的結(jié)構(gòu)導(dǎo)向作用，在石墨烯兩側(cè)生長(zhǎng)厚度可控的酚醛樹脂基微孔炭層，合成了微孔片層

3、結(jié)構(gòu)多孔炭。片層結(jié)構(gòu)有利于鉛離子在材料表面快速擴(kuò)散，同時(shí)結(jié)合微孔炭層對(duì)重金屬離子的強(qiáng)吸附能力，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水中鉛離子高靈敏度的電化學(xué)檢測(cè)。該材料片層結(jié)構(gòu)單元的厚度可精確調(diào)控，進(jìn)而可調(diào)控其比表面積和電導(dǎo)率這兩個(gè)變量，最終實(shí)現(xiàn)鉛離子檢測(cè)下限為0.23ppb，遠(yuǎn)低于飲用水中鉛的安全標(biāo)準(zhǔn)。該材料在水中鉛離子檢測(cè)領(lǐng)域展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。
　　另外，我們使用單分散的納米空心炭球(HCS)作為檢測(cè)材料，由于其空心結(jié)構(gòu)和外表面積大的特點(diǎn)，有利于金屬

4、離子在材料中的擴(kuò)散，從而實(shí)現(xiàn)快速吸附和高檢測(cè)靈敏度。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)納米空心炭球的壁厚和空腔大小可以精確調(diào)變，通過(guò)研究空心球壁厚和空腔大小這兩個(gè)結(jié)構(gòu)變量對(duì)其電化學(xué)檢測(cè)性能的影響，發(fā)現(xiàn)壁厚和空腔尺寸分別為55nm和190nm的空心炭球的電化學(xué)性能最好，最高的檢測(cè)靈敏度可達(dá)126μAμmol-1。這是因?yàn)榭招奶壳虻谋诤窈推湫纬呻姌O炭膜厚度之間存在最佳匹配值，既可以使金屬離子的擴(kuò)散能力得到最大限度的提高，同時(shí)較小的空腔使得球與球之間較好的緊密搭