高靈敏度鉛離子檢測用納米炭電極的制備.pdf

1、重金屬污染對人體的危害非常大，對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)，長時間積累也會導(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。因此實現(xiàn)對飲用水中鉛離子的高效靈敏檢測，對于人們的生命安全十分關(guān)鍵。電化學(xué)檢測方法因為其低成本，快速檢測的特點，在重金屬檢測領(lǐng)域有著獨到的優(yōu)勢。
　　電化學(xué)檢測方法的關(guān)鍵在于電極材料的選擇，電化學(xué)檢測

2、一個顯著優(yōu)點是檢測速度快，所以要求電極材料需要在極短的檢測時間內(nèi)對目標(biāo)離子具有快的吸附速率和高的吸附量，才能達(dá)到快速高效的檢測效果。因此要對材料進(jìn)行合理的微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高目標(biāo)離子在材料內(nèi)部的擴散。當(dāng)前許多電極材料（例如多孔炭材料）的缺點在于其開放的外比表面積過小，從而使目標(biāo)離子在材料內(nèi)部擴散速率成為其檢測性能限制因素，嚴(yán)重制約了其實際應(yīng)用。本部分實驗利用石墨烯的結(jié)構(gòu)導(dǎo)向作用，在石墨烯兩側(cè)生長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散，同時結(jié)合微孔炭層對重金屬離子的強吸附能力，實現(xiàn)了對水中鉛離子高靈敏度的電化學(xué)檢測。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)率這兩個變量，最終實現(xiàn)鉛離子檢測下限為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)作為檢測材料，由于其空心結(jié)構(gòu)和外表面積大的特點，有利于金屬

4、離子在材料中的擴散，從而實現(xiàn)快速吸附和高檢測靈敏度。實驗過程中發(fā)現(xiàn)納米空心炭球的壁厚和空腔大小可以精確調(diào)變，通過研究空心球壁厚和空腔大小這兩個結(jié)構(gòu)變量對其電化學(xué)檢測性能的影響，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，最高的檢測靈敏度可達(dá)126μAμmol-1。這是因為空心炭球的壁厚和其形成電極炭膜厚度之間存在最佳匹配值，既可以使金屬離子的擴散能力得到最大限度的提高，同時較小的空腔使得球與球之間較好的緊密搭