专利摘要
本实用新型提供了一种工作电极及亚硝酸盐检测系统,工作电极包括玻碳电极及涂覆在所述玻碳电极表面的Bi2Se3@MWNTs复合材料;亚硝酸盐检测系统包括电化学工作站、工作电极、参比电极、对电极及盛装于测试容器中的测试溶液。本实用新型所得工作电极可靠性好,稳定性强,促进了亚硝酸盐的吸附及氧化,可用于检测亚硝酸盐,其检测范围宽,检测限低,灵敏度高,并避免了使用金属催化剂产生的电极毒化和环境污染问题,有利于实际野外调查时应用推广。
权利要求
1.一种工作电极,其特征在于,包括玻碳电极和Bi
2.根据权利要求1所述的工作电极,其特征在于,所述Bi
3.根据权利要求1所述的工作电极,其特征在于,玻碳电极表面的Bi
4.一种亚硝酸盐检测系统,其特征在于,包括电化学工作站、权利要求1所述的工作电极、参比电极、对电极及盛装于测试容器中的测试溶液,其中,工作电极、参比电极、对电极三者的一端均连接至电化学工作站,且工作电极、参比电极、对电极三者的另一端均浸于测试溶液中。
5.根据权利要求4所述的亚硝酸盐检测系统,其特征在于,所述参比电极为Ag/AgCl电极。
6.根据权利要求4所述的亚硝酸盐检测系统,其特征在于,所述对电极为箔丝。
说明书
技术领域
本实用新型涉及电化学检测领域,具体地说是涉及一种工作电极及亚硝酸盐检测系统。
背景技术
亚硝酸盐(NO2
近年来,电化学方法因其操作简单,响应速度快和灵敏度高等固有优势而备受关注。采用电化学技术针对NO2
由于传统电化学检测研究大部分都是以实验室内的分析研究为目的,基本没有考虑到野外现场的应用条件。因此,直接将修饰电极用于水污染野外调查过程,还存在许多不足之处:第一,金属类纳米材料本身合成复杂,价格昂贵,且在实验室内配制量较小,无法大规模获得;第二,其一般稳定性差,长期存放后会氧化、团聚等引起电化学性能的下降;第三,金属类材料往往存在一定的潜在污染风险,对于污染调查来说,应尽量避免;第四,在利用金属类修饰电极检测时NO2
因此,如何开发一种环保、廉价、检测性能优异的适用于实际野外调查时的电化学电极是亟待解决的关键问题之一。
实用新型内容
本实用新型的目的之一是提供一种Bi2Se3@MWNTs复合材料。
本实用新型的目的之二是提供一种Bi2Se3@MWNTs复合材料的制备方法。
本实用新型的目的之三是提供一种Bi2Se3@MWNTs复合材料在制备电化学电极方面的应用。
本实用新型的目的之四是提供一种工作电极。
本实用新型的目的之五是提供一种工作电极的制备方法。
本实用新型的目的之六是提供一种亚硝酸盐检测系统。
本实用新型的目的之七是提供一种亚硝酸盐的检测方法。
本实用新型的目的之一是这样实现的:
一种Bi2Se3@MWNTs复合材料,Bi2Se3和MWNTs的质量比为0.5 ~1.5,Bi2Se3片均匀分布在MWNTs上。
优选地,Bi2Se3和MWNTs的质量比为1:1。
优选地,Bi2Se3@MWNTs的双电层电容Cdl值为1.65 mF·cm
本实用新型的目的之二是这样实现的:
前述Bi2Se3@MWNTs复合材料的制备方法,将质量比为0.5~1.5 的Bi2Se3和MWNTs分散于分散剂中,混合均匀,即得Bi2Se3@MWNTs复合材料。
所述分散剂包括DMF、水、四氢呋喃等中的至少一种,优选地,所述分散剂为DMF。
本实用新型的目的之三是这样实现的:
前述Bi2Se3@MWNTs复合材料在制备电化学电极方面的用途,特别是将Bi2Se3@MWNTs复合材料与玻碳电极在制备电化学电极方面的用途。
本实用新型的目的之四是这样实现的:
一种工作电极,包括玻碳电极及涂覆在所述玻碳电极表面的Bi2Se3@MWNTs复合材料,所述玻碳电极表面的Bi2Se3@MWNTs复合材料的涂覆量为0.55~0.85 μg/mm
优选地,所述玻碳电极表面的Bi2Se3@MWNTs复合材料的涂覆量为0.65~0.80 μg/mm
优选地,所述工作电极的阳极电流值为200 μA。
优选地,所述工作电极的电荷转移电阻为50 Ω。
本实用新型的目的之五是这样实现的:
前述工作电极的制备方法,包括如下步骤:
(a)将Bi2Se3@MWNTs复合材料分散于分散剂中,得到Bi2Se3@MWNTs复合材料溶液;
(b)将Bi2Se3@MWNTs复合材料溶液滴涂在预处理后的玻碳电极表面,干燥,即得工作电极。
步骤(a)中,所述分散剂为DMF、水、四氢呋喃等,优选地,所述分散剂为DMF。
步骤(a)中,Bi2Se3@MWNTs复合材料溶液的浓度为0.4~0.6mg/mL,优选0.5 mg/mL。
步骤(b)中,可采用现有的预处理方式对玻碳电极进行预处理。优选地,对玻碳电极进行预处理是将玻碳电极采用Al2O3抛光,分别用H2SO4水溶液、乙醇、二次水超声洗涤,再用N2流吹干;具体地,玻碳电极(GCE)采用Al2O3(0.05 μm、0.1μm)抛光,分别用0.5 M H2SO4、乙醇、二次水超声洗涤30 s,再用N2流吹干。
步骤(b)中,所述干燥为在红外灯下烤干。
所述工作电极可用于检测亚硝酸盐,特别是污水中的亚硝酸盐,其对亚硝酸盐的线性检测范围为0.02~6000 μM,检出限为20 nM。
本实用新型的目的之六是这样实现的:
亚硝酸盐检测系统,包括电化学工作站、前述工作电极、参比电极、对电极及盛装于测试容器中的测试溶液,其中,工作电极、参比电极、对电极三者的一端均连接至电化学工作站,且工作电极、参比电极、对电极三者的另一端均浸于测试溶液中。
电化学工作站与电脑相连接,以将电化学工作站产生的信号通过电脑显示。
电化学工作站采用辰华CHI 660D。
采用Ag/AgCl电极(饱和KCl)作为参比电极。
采用铂丝作为对电极。
本实用新型的目的之七是这样实现的:
一种亚硝酸盐的检测方法,包括如下步骤:将含亚硝酸盐的被测样品溶液的pH值调节至6.5~8,得到测试溶液;向测试溶液中插入工作电极、参比电极及对电极,使工作电极、参比电极、对电极三者的另一端均浸于测试溶液;设置恒电压,读出电流值;根据电流浓度曲线换算成溶液浓度值。
优选地,将被测样品的pH值调节至6.5~7.5,更优选7。
优选地,将电化学工作站的电压恒定为0.85V。
本实用新型通过合成Bi2Se3@MWNTs复合材料,并采用其构建了用于检测亚硝酸盐的工作电极。所得Bi2Se3@MWNTs复合材料活性表面积大,电子传输速率快;所得工作电极可靠性好,稳定性强,促进了亚硝酸盐的吸附及氧化,可用于检测亚硝酸盐,其检测范围宽,检测限低,灵敏度高。
本实用新型原材料价廉易得,制备方法简单,并避免了使用金属催化剂产生的电极毒化和环境污染问题,有利于实际野外调查时应用推广。
附图说明
图1是实施例1所制备Bi2Se3@ MWNTs的SEM图。
图2是实施例1所制备Bi2Se3@ MWNTs的TEM图。
图3是实施例1所制备Bi2Se3@ MWNTs的CV图(图A)和电化学活性面积(图B)。
图4是对比例1的裸GCE、对比例2的Bi2Se3/GCE及实施例1的Bi2Se3@MWNTs/GCE三种电极在含5.0 mM [Fe(CN)6]
图5是对比例1的裸GCE、对比例2的Bi2Se3/GCE及实施例1的Bi2Se3@MWNTs/GCE三种电极在含5.0 mM [Fe(CN)6]
图6是对比例1的裸GCE、对比例2的Bi2Se3/GCE及实施例1的Bi2Se3@MWNTs/GCE三种电极在0.1 M PBS(pH=7.0)含1 mM 的NO2
图7是实施例1的Bi2Se3@MWNTs/GCE电极对含不同浓度NO2
图8是实施例1的Bi2Se3@MWNTs/GCE电极在连续注入NO2
图9是实施例1的Bi2Se3@MWNTs/GCE电极在连续注入NO2
图10为Bi2Se3@MWNTs/GCE电极的重复性测试结果图。
图11为Bi2Se3@MWNTs/GCE电极在6000s内的稳定性测试。
图12为在PBS(pH=7.0)溶液中的i-t测试,每隔50s加入100μM不同的干扰物的电流变化。
图13为工作电极的结构示意图,其中,1、工作电极,11、玻碳电极,12、Bi2Se3@MWNTs复合材料。
图14为亚硝酸盐检测系统的结构示意图,其中,1、工作电极,2、参比电极,3、对电极,4、电化学工作站,5、测试容器,6、测试溶液,7、电脑。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型做进一步的阐述,下述实施例仅作为说明,并不以任何方式限制本实用新型的保护范围。
在下述实施例中未详细描述的过程和方法是本领域公知的常规方法,实施例中所用试剂均为分析纯或化学纯,且均可市购或通过本领域普通技术人员熟知的方法制备。下述实施例均实现了本实用新型的目的。
Bi2Se3购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司,产品编号 B119288,密度6.82 g/cm
对比例1
将玻碳电极(GCE)采用Al2O3(0.05 μm、0.1μm)抛光,分别用0.5 M H2SO4、乙醇、二次水超声洗涤30 s,再用N2流吹干,得到实验所用裸GCE。
对比例2
将玻碳电极(GCE)采用Al2O3(0.05 μm、0.1μm)抛光,分别用0.5 M H2SO4、乙醇、二次水超声洗涤30 s,再用N2流吹干预处理,得到裸GCE。
取1.0 mg的Bi2Se3于试剂瓶中,加入2 mL分散剂DMF,超声分散均匀,得到Bi2Se3溶液的DMF溶液。将10 μL Bi2Se3的DMF溶液采用滴涂的方式均匀修饰在GCE表面,涂覆范围为自玻碳电极中心、直径为3mm的圆形区域;红外灯下烤干,得到Bi2Se3修饰的GCE电极(Bi2Se3/GCE)。
实施例1
将玻碳电极(GCE)用Al2O3粉末(0.05 μm、0.1μm)抛光,分别用0.5 M H2SO4、乙醇、去离子水进行超声洗涤30 s,最后在室温下用N2流吹干。
分别取0.5 mg的Bi2Se3和多壁碳纳米管(MWNTs)(质量比为1:1)混合于试剂瓶中,然后加入2 mL分散剂DMF,超声混合均匀,得到Bi2Se3@MWNTs复合材料溶液。将10 μL的Bi2Se3@MWNTs复合材料溶液采用滴涂的方式均匀修饰在GCE表面,涂覆范围为自玻碳电极中心、直径为3mm的圆形区域;红外灯下烤干,得到Bi2Se3@MWNTs修饰的GCE电极(Bi2Se3@MWNTs/GCE)。Bi2Se3@MWNTs复合材料的修饰量5 μg,电极上每平方毫米的修饰量约0.71 μg。
对所得Bi2Se3@MWNTs复合材料进行SEM、TEM表征,所得结果如图1~2所示。从图中可以看出,超薄Bi2Se3片均匀分布在MWNTs上。
采用循环伏安法(CV)法来计算Bi2Se3@MWNTs的双电层电容值(Cdl),以评估材料的电化学活性面积。在不同扫速下,0.1M PBS (pH 7.0)溶液中,测试了Bi2Se3@MWNTs的循环伏安曲线(图3),根据其电流值计算得到Cdl,从而得到电化学活性面积(图3)。如图3所示,Bi2Se3@MWNTs的Cdl值为1.65 mF·cm
利用循环伏安法(CV)、电化学阻抗图谱(EIS)研究对比例1的裸GCE、对比例2的Bi2Se3/GCE及本实施例的Bi2Se3@MWNTs/GCE三种电极的循环伏安行为。所得结果如图4~5所示。
由图4可得,裸GCE的电流响应最差,阳极峰值电流仅为80 μA;修饰了Bi2Se3的Bi2Se3/GCE电流响应有所增强,阳极峰值电流值为125 μA,电子传递速率有所提高;而Bi2Se3@MWNTs/GCE的峰值电流最大,其阳极电流值可以达到200 μA,说明Bi2Se3@MWNTs/GCE具有良好的导电性能,具有较快的电子传递效率。
由图5可得,Bi2Se3/GCE的半圆直径较大,约70 Ω,显示出较高的电荷转移电阻(Ret)。而Bi2Se3@MWNTs/GCE电极显示出最小的半圆直径,Ret相对较低,约50 Ω,显示出最高的电荷转移效率。优秀的动力学特征得益于MWNTs具有优异的导电性,促使电子迁移速率快,界面电子能力传输大,有效地提高了复合材料的催化活性。
利用差分脉冲伏安法(DPV)研究三种电极上NO2
实施例2
在0~5 mM NO2
实施例3
利用PBS缓冲溶液将NO2
实施例4
利用PBS缓冲溶液将NO2
实施例5
利用PBS缓冲溶液将NO2
对比例3
利用PBS缓冲溶液将NO2
对比例4
利用PBS缓冲溶液将NO2
对比例5
利用PBS缓冲溶液将NO2
实施例6
分别取0.5 mg的Bi2Se3和MWNTs(质量比为1:1)混合于试剂瓶中,然后加入2 mL分散剂DMF,超声混合均匀,得到Bi2Se3@MWNTs复合材料溶液。将玻碳电极(GCE)采用Al2O3(0.05 μm、0.1μm)抛光,分别用0.5 M H2SO4、乙醇、二次水超声洗涤30 s,再用N2流吹干预处理。将9 μL的Bi2Se3@MWNTs复合材料溶液采用滴涂的方式均匀修饰在GCE表面,红外灯下烤干,得到Bi2Se3@MWNTs修饰的GCE电极(Bi2Se3@MWNTs/GCE)。玻碳电极表面的Bi2Se3@MWNTs复合材料的涂覆量为0.64 μg/mm
利用PBS缓冲溶液将NO2
实施例7
分别取0.5 mg的Bi2Se3和MWNTs(质量比为1:1)混合于试剂瓶中,然后加入2 mL分散剂DMF,超声混合均匀,得到Bi2Se3@MWNTs复合材料溶液。将玻碳电极(GCE)采用Al2O3(0.05 μm、0.1μm)抛光,分别用0.5 M H2SO4、乙醇、二次水超声洗涤30 s,再用N2流吹干预处理。将11 μL的Bi2Se3@MWNTs复合材料溶液采用滴涂的方式均匀修饰在GCE表面,红外灯下烤干,得到Bi2Se3@MWNTs修饰的GCE电极(Bi2Se3@MWNTs/GCE)。玻碳电极表面的Bi2Se3@MWNTs复合材料的涂覆量为0.78 μg/mm
利用PBS缓冲溶液将NO2
实施例8
分别取0.5 mg的Bi2Se3和MWNTs(质量比为1:1)混合于试剂瓶中,然后加入2 mL分散剂DMF,超声混合均匀,得到Bi2Se3@MWNTs复合材料溶液。将玻碳电极(GCE)采用Al2O3(0.05 μm、0.1μm)抛光,分别用0.5 M H2SO4、乙醇、二次水超声洗涤30 s,再用N2流吹干预处理。将12μL的Bi2Se3@MWNTs复合材料溶液采用滴涂的方式均匀修饰在GCE表面,红外灯下烤干,得到Bi2Se3@MWNTs修饰的GCE电极(Bi2Se3@MWNTs/GCE)。玻碳电极表面的Bi2Se3@MWNTs复合材料的涂覆量为0.85 μg/mm
利用PBS缓冲溶液将NO2
对比例6
分别取0.5 mg的Bi2Se3和MWNTs(质量比为1:1)混合于试剂瓶中,然后加入2 mL分散剂DMF,超声混合均匀,得到Bi2Se3@MWNTs复合材料溶液。将玻碳电极(GCE)采用Al2O3(0.05 μm、0.1μm)抛光,分别用0.5 M H2SO4、乙醇、二次水超声洗涤30 s,再用N2流吹干预处理。将7 μL的Bi2Se3@MWNTs复合材料溶液采用滴涂的方式均匀修饰在GCE表面,红外灯下烤干,得到Bi2Se3@MWNTs修饰的GCE电极(Bi2Se3@MWNTs/GCE)。玻碳电极表面的Bi2Se3@MWNTs复合材料的涂覆量为0.50 μg/mm
利用PBS缓冲溶液将NO2
对比例7
分别取0.5 mg的Bi2Se3和MWNTs(质量比为1:1)混合于试剂瓶中,然后加入2 mL分散剂DMF,超声混合均匀,得到Bi2Se3@MWNTs复合材料溶液。将玻碳电极(GCE)采用Al2O3(0.05 μm、0.1μm)抛光,分别用0.5 M H2SO4、乙醇、二次水超声洗涤30 s,再用N2流吹干预处理。将5 μL的Bi2Se3@MWNTs复合材料溶液采用滴涂的方式均匀修饰在GCE表面,红外灯下烤干,得到Bi2Se3@MWNTs修饰的GCE电极(Bi2Se3@MWNTs/GCE)。玻碳电极表面的Bi2Se3@MWNTs复合材料的涂覆量为0.36 μg/mm
利用PBS缓冲溶液将NO2
实施例9
采用实施例1所制备的Bi2Se3@MWNTs/GCE电极,在0.85 V的电压下,对0.1 M PBS(pH=7)中连续添加的不同浓度的NO2
从图8中可以看出,电极系统的每一次脉冲响应很快,NO2
从图9可以看出,响应电流与NO2
实施例10
按照实施例1的步骤,分别准备6根GCE电极,制备Bi2Se3@MWNTs/GCE电极。将所得6根Bi2Se3@MWNTs/GCE电极对1 mM NO2
同时,测量了在室温下放置10天之后的电流响应信号,结果为初始值的90%。
以上都说明Bi2Se3@MWNTs修饰电极具有良好的稳定性,这也与Bi2Se3与MWNTs之间的强连接可以减少复合材料的聚集和管束,大大提高了其稳定性和分散性有直接关系。
实施例11
采用Bi2Se3@MWNTs/GCE电极,将几种在水环境中普遍共存的物质——NaNO3、KNO3、Na2CO3、NaCl、KCl、Na2SO4、CaCl2和葡萄糖作为干扰物质,采样电流时间法,每隔50s加入100μM不同干扰物加至含5 μM NO2
实施例12
如图13所示,工作电极1为前述实施例制备的Bi2Se3@MWNTs/GCE电极,其包括玻碳电极即GCE电极11及涂覆在GCE电极11表面上的Bi2Se3@MWNTs复合材料。Bi2Se3@MWNTs复合材料的涂覆形状为圆形,优选地,其涂覆直径的直径为3mm。在涂覆范围内,每平方毫米GCE电极11上Bi2Se3@MWNTs复合材料的涂覆量为0.50~0.85 μg,优选0.71 μg。
亚硝酸盐检测系统包括电化学工作站4、工作电极1、参比电极2、对电极3及盛装于测试容器5中的测试溶液6,其中,工作电极1、参比电极2、对电极3三者的一端均连接至电化学工作站,且工作电极、参比电极2、对电极3三者的另一端均浸于测试溶液6中。电化学工作站4还可以与电脑7相连接,以将电化学工作站4产生的信号通过电脑7显示。本实施例中的电化学工作站4采用辰华CHI 660D(上海),采用Ag/AgCl电极作为参比电极,采用铂丝作为对电极。
采用本实施例的亚硝酸盐检测系统检测样品中的亚硝酸盐时,方法如下:
利用PBS缓冲溶液将含亚硝酸盐的被测样品的pH值调节至6.5~8,优选6.5~7.5,更优选pH=7,得到测试溶液;向测试溶液中插入工作电极1、参比电极2及对电极3,使工作电极1、参比电极2、对电极3三者的另一端均浸于测试溶液;将电化学工作站的电压恒定为0.85V,通电读出电流值;根据前述电流浓度曲线换算成溶液浓度值,即可得到被测样品中亚硝酸盐的含量。
工作电极及亚硝酸盐检测系统专利购买费用说明
Q:办理专利转让的流程及所需资料
A:专利权人变更需要办理著录项目变更手续,有代理机构的,变更手续应当由代理机构办理。
1:专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2:按规定缴纳著录项目变更手续费。
3:同时提交相关证明文件原件。
4:专利权转移的,变更后的专利权人委托新专利代理机构的,应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A:(1)直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,(2)通过代办处缴纳,(3)通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q:专利转让变更,多久能出结果
A:著录项目变更请求书递交后,一般1-2个月左右就会收到通知,国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
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