石墨型氮化碳納米棒修飾電極的制備方法及應(yīng)用技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種石墨型氮化碳納米棒修飾電極的制備方法，并將其將其運(yùn)用于銅離子光電化學(xué)檢測(cè)中，屬于金屬離子的檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。該光電化學(xué)檢測(cè)器為三電極體系，所述的三電極中的參比電極是飽和甘汞電極，輔助電極是鉑電極，工作電極為修飾有石墨型氮化碳納米棒材料的銦錫氧化物(Indium?tin?oxide，ITO)導(dǎo)電玻璃。本發(fā)明專利技術(shù)制備的光電化學(xué)檢測(cè)器具有高靈敏度，良好選擇性，較強(qiáng)的抗干擾能力，能夠進(jìn)行金屬離子的快速檢測(cè)，拓寬了石墨型氮化碳的應(yīng)用領(lǐng)域。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術(shù)涉及一種石墨型氮化碳納米棒修飾電極的制備方法，并將其將其運(yùn)用于銅離子光電化學(xué)檢測(cè)中，屬于金屬離子的檢測(cè)
。該光電化學(xué)檢測(cè)器為三電極體系，所述的三電極中的參比電極是飽和甘汞電極，輔助電極是鉑電極，工作電極為修飾有石墨型氮化碳納米棒材料的銦錫氧化物(Indium?tin?oxide，ITO)導(dǎo)電玻璃。本專利技術(shù)制備的光電化學(xué)檢測(cè)器具有高靈敏度，良好選擇性，較強(qiáng)的抗干擾能力，能夠進(jìn)行金屬離子的快速檢測(cè)，拓寬了石墨型氮化碳的應(yīng)用領(lǐng)域。【專利說(shuō)明】石墨型氮化碳納米棒修飾電極的制備方法及應(yīng)用
本專利技術(shù)涉及用光電化學(xué)定性定量的檢測(cè)金屬離子的方法，屬于金屬離子的檢測(cè)
。
技術(shù)介紹
光電化學(xué)過(guò)程是指半導(dǎo)體材料、分子、粒子等的電子吸收光子受激發(fā)產(chǎn)生電荷傳遞，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)光能向電能的轉(zhuǎn)化過(guò)程。當(dāng)照射光能量等于或大于半導(dǎo)體帶隙(Eg)的能量時(shí)，電子(e_)受激發(fā)由價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶，價(jià)帶上則產(chǎn)生空穴(h+)，電子與孔穴有效分離，便實(shí)現(xiàn)了光電轉(zhuǎn)化，具有光電化學(xué)活性的物質(zhì)受光激發(fā)后發(fā)生光電化學(xué)反應(yīng)，從而形成光電壓或者光電流。光電化學(xué)檢測(cè)用光信號(hào)作為激發(fā)源，檢測(cè)的是電化學(xué)信號(hào)。這種檢測(cè)技術(shù)在光電化學(xué)分析應(yīng)用中具有巨大的潛力，引起了人們對(duì)它的廣泛關(guān)注。光電化學(xué)檢測(cè)器則是一種利用材料獨(dú)特的光電性質(zhì)來(lái)檢測(cè)與光激發(fā)產(chǎn)生的電流或電壓相關(guān)的待測(cè)物質(zhì)濃度及其反應(yīng)過(guò)程的參數(shù)的新型分析技術(shù)。近幾年，非金屬石墨型C3N4有機(jī)聚合物光催化材料(g_C3N4)的研制，開辟了新型可見光響應(yīng)光電材料研究的新途徑。g_C3N4半導(dǎo)體材料禁帶寬度為2.7 eV，它不僅在可見光區(qū)具有光催化能力，同時(shí)具有廉價(jià)、低毒、易于合成等特點(diǎn)，成為研究人員關(guān)注的熱點(diǎn)。Lee等(Eun Zoo Lee, Young-Si Jun, Won Hi Hong, Arne Thomas, Moonsoo M.Jin.AngewandteChemie International Edition 2010, 49, 9706-9710)運(yùn)用模板法制備了立方介孔氮化碳，并將其運(yùn)用于光學(xué)檢測(cè)器檢測(cè)水溶液中的痕量金屬離子。Yan等(Yan SC，Li Z S，ZouZ G.Langmuir 2009, 25，10397-10401)直接熱分解三聚氰胺制備得到了 g_C3N4，發(fā)現(xiàn)其對(duì)有機(jī)染料甲基橙有較好的光催化降解效果。Wang等(Xinchen Wang, Kazuhiko Maeda,Xiufang Chen, Kazuhiro Takanabe, Kazunari Domen, Yidong Hou, Xianzhi Fu, MarkusAntoniett1.Journal of the American Chemical Society2009, 131, 1680-1681)則將介孔g_C3N4運(yùn)用于光解水制取氫氣，這項(xiàng)研究不只運(yùn)用了可見光，還有效的提高了制氫的效率，同時(shí)拓寬了 g_C3N4的應(yīng)用領(lǐng)域。但由于g_C3N4結(jié)晶度、晶格缺陷、表面形貌特征和比表面積等結(jié)構(gòu)因素，影響了 g_C3N4半導(dǎo)體材料光生載流子的產(chǎn)生率和遷移能力，降低了光催化活性，通常在H2O2或犧牲劑存在條件下，其光催化活性才能得以提高。為了拓寬半導(dǎo)體材料光響應(yīng)范圍和提高材料本身的量子效率，人們不斷地尋找提升g_C3N4半導(dǎo)體材料物理化學(xué)性質(zhì)的方法。其中，化學(xué)處理是一種有效的方法。Zhang等(Yuanjian Zhang,Arne Thomas , Markus Antonietti, Xinchen Wang.Journal of the American ChemicalSociety 2009, 131, 50-51)用強(qiáng)酸對(duì)氮化碳進(jìn)行質(zhì)子化處理,這能夠改變氮化碳的溶解性，分散性和比表面積，還能調(diào)整其禁帶寬度和離子導(dǎo)電性。Sano等(Taizo Sano, SakikoTsutsui, Kazuhide Koike, Tsutomu Hirakawa, Yoshiyuki Teramoto, Nobuaki Negishi,Koji Takeuch1.Journal of Materials Chemistry A 2013, I, 6489-6496)通過(guò)強(qiáng)喊水熱處理氮化碳，這樣制得氮化碳的比表面積和光催化活性有明顯提高。然而，強(qiáng)酸和強(qiáng)堿引入反應(yīng)體系后將會(huì)有較為劇烈的反應(yīng)，不利于反應(yīng)速率的控制。NH4Cl是一種溫和的銨鹽，經(jīng)常被用于碳材料的制備反應(yīng)體系中。它能很好的控制材料的形貌和尺寸，從而備受關(guān)注。目前為止，用NH4Cl水熱處理氮化碳形成氮化碳納米棒，并將其運(yùn)用于對(duì)金屬銅離子的光電檢測(cè)尚未有文獻(xiàn)報(bào)道。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)目的在于將石墨型氮化碳納米棒應(yīng)用于銅離子的光電檢測(cè)中。將光電檢測(cè)所用光源拓展到可見光區(qū)，增加太陽(yáng)光利用率。該專利技術(shù)不僅能定量檢測(cè)出水溶液中的銅離子，還能將銅富集到對(duì)電極上，從而達(dá)到治理重金屬水污染的目的。本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案為: 本專利技術(shù)提供一種石墨型氮化碳納米棒修飾電極的制備方法，包括以下步驟: (I)石墨型氮化碳的制備是通過(guò)加熱分解二氰二胺得到:首先，將二氰二胺放入半封閉的氧化鋁坩堝中，在氮?dú)鈿夥障拢悦糠昼?.9 °C的升溫速率升溫至350 °C，在這個(gè)溫度下保持2 h，接著以每分鐘3.3 ° C的升溫速率升溫至540 ° C，在這個(gè)溫度下保持2 h，然后自然降至室溫。所得產(chǎn)物用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌4次，于50 °C下干燥12 h得到石墨型氮化碳，記為g_C3N4，為黃色固體粉末。(2)將NH4Cl溶解到去離子水中，形成NH4Cl溶液；緊接著將g_C3N4分散到上述NH4Cl溶液中，攪拌30 min，再超聲30 min，形成g_C3N4分散液；將上述分散液轉(zhuǎn)移聚四氟乙烯內(nèi)襯反應(yīng)釜中，在160 °C條件下反應(yīng)12 h后自然冷卻至室溫；將最終產(chǎn)物洗滌后干燥，得到石墨型氮化碳納米棒，記為g_C3N4納米棒，為淡黃色固體粉末。(3) ITO (銦錫氧化物Indium tin oxide)導(dǎo)電玻璃分別在去離子水、乙醇中依次超聲清洗半小時(shí)后，用去離子水洗凈；然后在NaOH水溶液中煮沸，保持10 min后，用去離子水清洗并吹干待用Jfg-C3N4納米棒超聲分散到無(wú)水乙醇中，得到穩(wěn)定的懸濁液；取懸濁液滴涂于預(yù)處理的ITO導(dǎo)電玻璃上，室溫晾干后備用；所得修飾電極記作g_C3N4納米棒/IT0。其中，步驟(2)中所述的NH4Cl溶液的濃度為7?8 mg/mL ;所述g_C3N4分散液的濃度為疒3 mg/mL;所述的洗滌為用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌4次；所述的干燥為50 °C下干燥 12 h。其中，步驟(3)中所述的氫氧化鈉溶液的濃度為lmol/L ;所述懸濁液濃度為10mg/mL ;所述滴涂于預(yù)處理的ITO導(dǎo)電玻璃上的懸濁液為20 u L。為了與g_C3N4納米棒比較，按類似方法制得g_C3N4/IT0修飾電極。上述制備方法制備得到的石墨型氮化碳納米棒應(yīng)用于水溶液中銅離子的光電化學(xué)檢測(cè)。具體檢測(cè)方法為: 將磷酸緩沖液移入樣品池中，將修飾電極作為工作電極，鉬絲電極作為對(duì)電極，飽和甘汞電極(SCE)作為參比電極裝入樣品池；通過(guò)高亮度氙燈平行光源系統(tǒng)儀器對(duì)工本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
石墨型氮化碳納米棒修飾電極的制備方法，其特征在于，按照以下步驟進(jìn)行：（1）石墨型氮化碳的制備是通過(guò)加熱分解二氰二胺得到：首先，將二氰二胺放入半封閉的氧化鋁坩堝中，在氮?dú)鈿夥障拢悦糠昼?.9?oC的升溫速率升溫至350?oC，在這個(gè)溫度下保持2?h，接著以每分鐘3.3?oC的升溫速率升溫至540?oC，在這個(gè)溫度下保持2?h，然后自然降至室溫；所得產(chǎn)物用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌4次，于50?oC下干燥12?h得到石墨型氮化碳，記為g?C3N4，為黃色固體粉末；?（2）將NH4Cl溶解到去離子水中，形成NH4Cl溶液；緊接著將g?C3N4?分散到上述NH4Cl溶液中，攪拌30?min，再超聲30?min，形成g?C3N4分散液；將上述分散液轉(zhuǎn)移聚四氟乙烯內(nèi)襯反應(yīng)釜中，在160?oC條件下反應(yīng)12?h后自然冷卻至室溫；將最終產(chǎn)物洗滌后干燥，得到石墨型氮化碳納米棒，記為g?C3N4納米棒，為淡黃色固體粉末；（3）ITO導(dǎo)電玻璃分別在去離子水、乙醇中依次超聲清洗半小時(shí)后，用去離子水洗凈；然后在NaOH水溶液中煮沸，保持10?min后，用去離子水清洗并吹干待用；將g?C3N4納米棒超聲分散到無(wú)水乙醇中，得到穩(wěn)定的懸濁液；取懸濁液滴涂于預(yù)處理的ITO導(dǎo)電玻璃上，室溫晾干后備用；所得修飾電極記作g?C3N4納米棒/ITO。...

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：徐麗，夏杰祥，許暉，錢靜，孫開涌，王雷剛，李華明，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：江蘇大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：江蘇;32