[发明专利]碳纳米管电极、其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及碳纳米管电极，特别是用于重金属（离子）检测的碳纳米管电极。

背景技术

重金属离子，特别是高浓度的重金属离子，会导致重金属中毒，对人类健康不利，例如会引起神经系统疾病、改变血液组成、导致心肺疾病等。据报道，从2006年开始，由主流媒体报道的数据来统计，中国大约有11100的人铅中毒，其中的70%是儿童。因此，现在迫切需要能够有一种方法，有效检测重金属离子，保护这些人类，特别是儿童，免受这些重金属离子的毒害。为此，需要监测日常生活环境中的重金属离子的污染水平，以便于及时应对。

多年来，已经开发了多种用于识别重金属离子量的分析方法和分离技术，气质已经报道了多种检测痕量重金属离子的方法，包括如原子吸收光谱法(atomic absorption spectrometry,AAS),原子荧光光谱法(AFS),以及电感耦合等离子体质谱法。但是，这些技术中的大多数都对灵敏性、选择性和简易性没有要求，或者这些方法需要使用昂贵的设备、实验室并且操作成本高。

电化学方法，特别是阳极溶出伏安法（ASV），在检测痕量重金属离子时引起了特别关注，因为这种方法具有优异的灵敏性、分析时间短、能耗低并且所需要的设备简单易得(如PDV 6000,Monitoring TechnologiesInternational(purchased by Cogent Environment,U.K.)。

溶出分析法是一种非常灵敏的用于检测痕量重金属离子的电化学技术。这种方法需要两步电化学反应，即，预浓缩（或沉积）步骤以及溶出（或解析）步骤。因为金属溶出步骤通常发生在阳极，因此一般称为阳极溶出伏安法。为了检测，通常采用三电极体系，即工作电极、对电极和参比电极，并且还需要一个电化学工作站。在检测过程中，预沉积和溶出进而检测的电化学反应都在工作电极上进行，因此制备工作电极的电极材料是整个检测体系中最重要的关键材料。

传统的制备工作电极的材料存在很多缺陷。基于溶出分析方法的原理，电化学反应主要发生在电极表面上，这表明电极材料对溶出设备的敏感性、选择性和操作简易性都非常重要。

一般而言，电极的类型有两种，液体电极和固体电极。液体电极包括汞电极（汞滴或汞膜）以及碳糊（由导电的碳材料粉和成糊液体形成）。液体电极被广泛地用在溶出分析中，但是不利的的是，汞的毒性大，难以操作、储存和后处理，这些方面都会严重影响其作为电极的使用。到目前为止，已报道了很多能够用于检测痕量重金属离子的固体电极，如贵金属金、铂、铋的固体电极，此外还有玻碳和化学改性的贵金属或玻碳电极。

对于碳糊电极，由于制备原因使得其物理、化学或电化学特性在每次制备中均不相同。由于这个原因，每个探针必须独立校准。如不考虑成本，发现贵金属，如金，是一种非常好的工作电极基质，因为它们对汞或其他重金属具有高亲和性，由此提高了预浓缩/沉积效果。但是，对金基电极的限制是会形成不希望存在的金-汞合金，这会损坏电极的表面特性。为了实现再现性，通常必须进行繁琐的（电）化学或物理处理以清洗该金电极。而对于玻碳电极而言，经常需要进一步表面改性以改进玻碳电极的电化学特性，从而提高它的灵敏度，而不同的改性方法差异较大，且难以控制其稳定性。

因此，目前面临一种持续增长的需求，希望开发出有效的检测系统(system)，这种系统不仅要敏感、可靠而且简单、经济、实用，能够在待检测现场实地检测。

近年来，在分析化学中，纳米技术已经成为最活跃的领域。纳米材料如金属、金属氧化物和碳纳米颗粒、纳米管或纳米纤维已经逐渐变为最有前景的电极材料。在这些材料中，对碳纳米管（CNT）进行了广泛的研究，目的是改善传统的电极以具有更卓越的特征，如好的电导性、电催化活性、高比表面积和强吸附能力等。

但是，多数已经公开的或授权的专利文献仅仅是使用了碳纳米管来改善电极基质，如玻碳电极。因此，仍旧希望能够开发出新的在溶出分析中可供替代的利用纳米材料如碳纳米管的优点的电极，以此来满足快速增长的实地环境监测痕量重金属离子的需求。

发明内容

本发明涉及一种碳纳米管电极，该碳纳米管电极可实地、方便、有效地用于检测重金属离子。通过本文所描述的碳纳米管电极能够检测痕量的重金属离子，例如nM级的重金属离子，最高能够达到几十nM的重金属离子。

1、本文提供了一种碳纳米管电极，包括基底材料和覆盖于基底材料表面的碳纳米管层，其中所述基底材料是纸质基底材料。

本发明还进一步提供了具有如下附加技术特征的碳纳米管电极：