[发明专利]碳异质结构材料/β-环糊精复合修饰电极及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电化学分析检测技术领域，具体涉及一种碳异质结构材料/β-环糊精复合修饰电极及制备方法。

背景技术

石墨烯是一种新型碳质材料，由碳原子紧密堆积成单层蜂窝状二维晶格结构，其完美的二维晶体结构使其具备许多独特而优异的物理、化学及机械性能，石墨烯具有较高的比表面积、热导率、载流子迁移速率等，这些优异的性能和独特的纳米结构，使石墨烯在电子器件、能量存储、电化学等领域展现出广阔的应用前景。但是，化学氧化还原法制备的石墨烯很容易重新堆垛或聚集，使原有单层石墨烯独特的性质减弱或消失。目前已报道有共价和非共价方法修饰石墨烯。共价修饰会破坏石墨烯的晶格结构，而非共价修饰常常引入非导电聚合物，降低了石墨烯的导电性，即使引入金属纳米粒子，其尺寸大多在几纳米或几十纳米，很难在二维尺寸几百纳米甚至微米级的石墨烯片之间达到有效的阻止片层之间的聚集和堆垛的目的。减少石墨烯堆垛和团聚是石墨烯电极材料未来发展及应用所面临的问题的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳异质结构材料/β-环糊精复合修饰电极及制备方法，针对上述问题，提出将一维碳纳米管引入到二维石墨烯中，将长的多孔导电碳纳米管引入到二维石墨烯纳米片之间，可以有效地降低和减少石墨烯的堆垛，并且两者可形成互穿网络体系，有效地降低了界面电阻。形成的石墨烯/碳纳米管异质结构材料，进一步与具有超分子识别能力的β-环糊精复合，制备碳异质结构材料/β-环糊精复合物修饰电极，该电极同时具备碳异质结构材料的高电导性、大的比表面积性能和环糊精的超分子识别和组装能力。

本发明的碳异质结构材料/β-环糊精复合修饰电极，碳异质结构材料/β-环糊精复合物负载在玻碳电极表面，复合物在电极表面呈均匀薄膜形貌，碳异质结构材料在电极表面的含量为3.40～20.80μg·cm^-2，β-环糊精在电极表面的含量为17.00～79.30μg·cm^-2。

图1为制得的碳异质结构材料/β-环糊精复合物的扫描电镜照片，可以看出碳纳米管均匀分布在石墨烯片上，复合物呈均匀薄膜形貌。将碳异质结构材料/β-环糊精复合物修饰到电极上，碳异质结构材料在电极表面的含量为3.40～20.80μg·cm^-2，β-环糊精在电极表面的含量为17.00～79.30μg·cm^-2。图2为制得的碳异质结构材料/β-环糊精复合物的红外光谱图，可以看出复合物中出现了石墨烯、碳纳米管及β-环糊精的特征峰，说明我们制备得到了石墨烯、碳纳米管及β-环糊精的复合物。

碳异质结构材料/β-环糊精复合物修饰电极的制备工艺包括如下步骤：

A.制备氧化石墨，然后将氧化石墨10～25mg分散在50mL二次水中配制成0.2～0.5mg·mL^-1的溶液，超声分散0.5～2h，离心0.5～2h，转速3000～6000r·min^-1，取上清液倒入三口瓶中，加入50mL二次水、450～1125μL氨水、9～24μL水合肼，然后在90～96℃条件下搅拌1～2h，得到石墨烯的分散液a待用；

B.将酸化处理后的单壁碳纳米管溶于N，N-二甲基甲酰胺溶液中配成浓度为0.08～0.18mg·mL^-1的分散液，超声0.5～2h，得到单壁碳纳米管的分散液b待用；

C.将步骤A得到的分散液a用二次水稀释为0.06～0.16mg·mL^-1的石墨烯溶液，与步骤B中得到的分散液b按照质量比1∶3～2∶1比例进行混合，振荡使其混合均匀，得到石墨烯和碳纳米管异质结构材料的分散液c；

D.向步骤C得到的分散液c中加入β-环糊精固体使其浓度为0.2～0.8mg·mL^-1，振荡使其混合均匀，得到黑色、分散均一的碳异质结构材料/β-环糊精分散液d；

E.将步骤D中得到的分散液d用微量注射器移取3～7μL滴涂到已抛光处理的玻碳电极表面，在20～35℃条件下干燥，使溶剂挥发，制备得到碳异质结构材料/β-环糊精复合物修饰玻碳电极。

步骤A中制备氧化石墨的步骤包括：