一种柔性甲醛电化学传感器

文档序号:6176 发布日期:2021-09-17 浏览:51次 英文

一种柔性甲醛电化学传感器

技术领域

本发明涉及电子材料

技术领域

和传感器领域,具体涉及一种柔性甲醛电化学传感器的制备方法。

背景技术

甲醛是能与蛋白质反应的原生质体有毒物质,对人体有害。甲醛具有防腐的功效,可以延长物品的保质期,因此很多不法商家将其加入到食品当中作为防腐剂。因此,食品中甲醛的检测深受国内外学者专家的关注。随着时代的进步和技术的不断更新,甲醛的检测方法也层出不穷。

目前检测甲醛和常用方法有分光光度法、色谱法、光谱法和电化学方法。采用间接检测的方式对甲醛进行测定。分光光度法测定原理是通过甲醛与某种化合物反应,进而产生某种带有颜色的物质,在特定波长下进行测定。色谱法主要是甲醛通过衍生转化为气相或者液相可分析的化合物,一般采用有机溶剂萃取富集后进行色谱测定。气相色谱法是色谱法中常见的一种方法。气相色谱法有顶空气相色谱及衍生化气相色谱,直接顶空法只对甲醛浓度较高的样品适用,而衍生法则可检测低浓度甚至痕量的甲醛。光谱法是根据不同分子结构的物质对电辐射的选择性吸收或发射而建立的一种方法。根据所用波长不同,光谱法可分为紫外-可见吸收光谱法(UV-Vis)、红外光谱法(IR)、荧光光谱法(FD)和磷光光谱法(PS)等。然而,上述常用的甲醛检测方法存在灵敏度差、检测时间长和仪器昂贵等问题。

电化学法测定甲醛循环伏安法灵敏度髙、选择性好、仪器备简单、测定快速、成本低、应用范围广、测定结果准确可靠、可多元素同时测定,在甲醛测定方面有很强的优越性。甲醛测定的常见电化学法有溶出伏安法、循环伏安法、激光诱导分解光谱法等。对甲醛更加准确、检出限更加低和低成本的电化学检测技术还需要进一步探索和研究。因此,制备性能优良、低成本的甲醛电化学传感器有一定应用前景和实际意义。

发明内容

基于上述需求,本发明在于提供一种成本低廉、制备简单、易于大规模生产的柔性甲醛电化学传感器的制备方法。

本发明所述的柔性甲醛电化学传感器是基于导电海绵与银纳米线、碳纳米管相结合作为基底层和活性层的柔性甲醛电化学传感器。导电海绵、银纳米线和碳纳米管均在市场上直接采购获得。导电海绵购于深圳市华悦源电子有限公司,厚度3mm,以聚氨酯发泡海绵为基体,经过PVD导电化处理和电沉积金属镍、铜等加厚处理,使海绵各个方位均导电,具有导电性好、结合力强、屏蔽效能高、回弹性佳、性能稳定等特性,是目前应用广泛的EMI/ESD材料。

所述柔性甲醛电化学传感器制备方法如下:

1)导电海绵的清洗:将导电海绵剪成一定大小的样品,先后置于去离子水和无水乙醇中超声清洗,再晾干或低温烘干备用。

2)银纳米线乙醇溶液的配制:配制一定浓度的均一的银纳米线乙醇溶液。

3)碳纳米管乙醇溶液的配制:配制一定浓度的均一的碳纳米管乙醇溶液。

4)滴涂:将分散好的银纳米线乙醇溶液和碳纳米管乙醇溶液依次交替均匀滴涂到干净的导电海绵上,每滴涂一层后晾干,再滴涂下一层,可滴涂多层;导电海绵的两面均进行滴涂。银纳米线和碳纳米管复合导电海绵有望产生协同效应,在施力的过程中增强传感器的灵敏度。滴涂好银纳米线和碳纳米管的导电海绵即为柔性甲醛电化学传感器。

进一步地,步骤2)中,银纳米线乙醇溶液浓度为0.05mg/ml~5mg/ml。

进一步地,步骤3)中,碳纳米管乙醇溶液浓度为0.05mg/ml~5mg/ml。

进一步地,步骤4)中,导电海绵的每一面滴涂层数可为2~12层。

进一步地,步骤1)中,先置于去离子水中超声清洗20~30分钟,再置于无水乙醇中超声清洗20~30分钟,将清洗干净的导电海绵置于培养皿中自然晾干或是置于真空烘箱中40~60℃条件下1小时烘干。

与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:

1)将银纳米线和碳纳米管复合在导电海绵上制备的甲醛电化学传感器,银纳米线和碳纳米管复合纳米材料有效结合在导电海绵的多孔疏松结构上,有望产生协同效应,促进甲醛电化学催化氧化。

2)导电海绵多孔形貌具有较大的比表面积,有利于增强甲醛电化学催化氧化。

3)该方法简单易行,成本低,易于大规模生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1本发明实施例1导电海绵电化学传感器放大700倍扫描电镜照片;

图2本发明实施例1导电海绵电化学传感器放大2万倍扫描电镜照片;

图3本发明实施例测试的不同浓度的甲醛的循环伏安曲线;

图4本发明实施例对不同物质的特异性曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步的说明,但本发明不以任何形式受限于实施例内容。实施例中所述实验方法如无特殊说明,均为常规方法;如无特殊说明,所述实验试剂和材料,均可从商业途径获得。

一种柔性甲醛电化学传感器,包括导电海绵和附着其表面的纳米材料层,该纳米材料层由银纳米线和碳纳米管复合而成。本发明实施例所提供的一种柔性甲醛电化学传感器的制备方法包括下列步骤:

第一步,导电海绵的清洗。将导电海绵剪成一定大小的样品,先置于去离子水中超声清洗20~30分钟,再置于无水乙醇中超声清洗20~30分钟,将清洗干净的导电海绵置于培养皿中自然晾干或是置于真空烘箱中40~60℃条件下1小时烘干。

第二步,银纳米线乙醇溶液的配制。配制一定浓度的银纳米线乙醇溶液(0.05mg/ml~5mg/ml),配好后超声10~15分钟使银纳米线充分分散在乙醇里,稳定成均一溶液。

第三步,碳纳米管乙醇溶液的配制。配制一定浓度的碳纳米管乙醇溶液(0.05mg/ml~5mg/ml),配好后超声10~15分钟使银纳米线充分分散在乙醇里,稳定成均一溶液。

第四步,滴涂。将分散好的银纳米线乙醇溶液和碳纳米管乙醇溶液依次交替均匀滴涂到干净的导电海绵上,导电海绵的每一面可滴涂2~12层,每滴涂完一层后放置阴凉干燥处自然晾干再滴下一层。银纳米线和碳纳米管复合纳米层产生协同作用,促进甲醛的电化学催化氧化,再利用导电海绵有高比表面积,有望获得高灵敏度的甲醛电化学传感器。

实施例1

把剪切成30×10×3mm的导电海绵浸没于去离子水中,超声清洗20min,清洗导电海绵表面杂质。去离子水清洗完成后再浸泡于无水乙醇中超声清洗20min。将超声清洗完成后的导电海绵从无水乙醇中取出并置于真空干燥箱中50℃干燥20min。干燥完成后取出静置冷却。用200μl移液枪移取0.05ml浓度为10mg/ml的银纳米线溶液至1.5ml微型离心管,再用1000μl移液枪移取0.95ml去离子水至同一微型离心管,振荡此微型离心管配置成1ml浓度为0.5mg/ml的银纳米线溶液。同配制银纳米线溶液的操作,配制0.5mg/ml的碳纳米管溶液。用移液枪从微型离心管中移取浓度为0.5mg/ml的银纳米线溶液均匀滴涂在干燥冷却后的导电海绵的一面,静置干燥,这样样品算滴涂完1层;待样品干燥后,再用移液枪从微型离心管中移取浓度为0.5mg/ml的碳纳米管溶液均匀滴涂至同一面,再静置干燥;至此导电海绵的一面已滴涂了1层浓度为0.5mg/ml的银纳米线溶液和1层浓度为0.5mg/ml的碳纳米管溶液,共滴涂两层纳米层。翻转导电海绵对另一面进行相同的操作,然后重复上述操作制备每一面滴涂共6层纳米层的导电海绵,每一面包括3层银纳米线和3层碳纳米管,此样品的微观结构如图1、图2所示。图1为滴涂6层纳米层的导电海绵,遍布在海绵上的黑色斑点即为银纳米线和碳纳米管复合纳米层。图2为放大2万倍的照片,可以看到银纳米线与碳纳米管互穿交联形成网络,这种结构有利于两种纳米材料产生协同作用从而促进电化学响应和灵敏度。

实施例2甲醛的响应实验

甲醛的电化学响应实验在辰华CHI660电化学工作站上进行,采用循环伏安方法,三电极体系。其中参比电极为银/氯化银电极,对电极为铂丝,工作电极为按本发明实施例1制备的柔性电化学传感器。以0.2mol/L的NaOH溶液为溶剂配制不同浓度的甲醛NaOH溶液,作循环伏安曲线,扫描范围为-1.0V-2.0V,扫速为100mV/s。实验结果如附图3所示,与纯NaOH底液相比,20-50mmol/L的循环伏安曲线出现明显的还原峰,而且峰电流随着甲醛浓度的变化明显有规律地变化,表明此电化学传感器对甲醛有良好的电化学响应。

实施例3甲醛的特异性实验

甲醛的特异性实验在辰华CHI660电化学工作站上进行,采用计时电流的方法,所设定的响应电位依据实施例2循环伏安曲线设为0.8V,三电极体系。其中参比电极为银/氯化银电极,对电极为铂丝,工作电极为按本发明实施例1制备的柔性电化学传感器,结果如附图4所示。在空白NaOH底液中开始测试,当电流曲线平稳后,迅速加入甲醛溶液,使溶液浓度在实施例2响应的20-50mmol/L范围内,发现电流有阶跃下降,表明该传感器对甲醛有良好的响应。间隔30秒当电流曲线再次平稳后,加入同等量的甲酸,发现无响应。同上,等间隔时间依次加入同等量的甲醇、乙醇、正丁醇、丙酮发现均无响应。当再次加入等量甲醛时,发现电流迅速阶跃下降。上述结果表明该传感器只对甲醛有良好的响应,对其他结构类似的物质无响应,特异性良好。

最后应该说明的是,以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

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