[发明专利]一种基于石墨烯包裹阴离子交换树脂微球的一次性电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属电化学传感器技术领域，具体涉及一种基于石墨烯包裹阴离子交换树脂微球的一次性电极及其制备方法。

背景技术

石墨烯（graphene）是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维材料, 是一种只有一个碳原子厚度的平面薄膜^[1]。自从2004 年英国Manchester大学的Geim等人发现单层石墨烯以来^[2]，石墨烯受到了全世界科学家的广泛关注。石墨烯具有优异的电学、热学和力学性能，可望在高性能纳电子器件、电池、电化学电容、复合材料、场发射材料、气体传感器及能量存储等领域获得广泛应用^[3]。由于其独特的二维结构和优异的晶体学质量，石墨烯蕴含了丰富而新奇的物理现象，具有重要的理论研究价值。过去几年中，石墨烯已经成为了备受瞩目的国际前沿和研究热点。目前，制备石墨烯的方法有机械剥离法、化学气相沉积法、石墨化学氧化剥离法等，其中第三种方法是目前制备氧化石墨烯和石墨烯最常用也是最经济的方法。将石墨用高锰酸钾等强氧化剂氧化，然后通过超声剥离得氧化石墨烯，其基本结构是表面带有羧基、羟基、羰基和环氧基的碳的单原子层，其含有丰富的含氧官能团^[4]，在水中分散良好，容易与其它水溶性材料复合。此外，还可通过化学修饰的方法制备石墨烯衍生物，在诸多领域有广泛的应用前景。

由于石墨烯具有较高的电催化活性和导电能力，已被用于电化学传感器和生物传感器的制备^[5]。目前，石墨烯电极的制备方法主要采用表面修饰法，具体方法为将石墨烯分散在聚合物溶液或有机溶剂中^[6，7]，然后滴涂在基体电极表面，获得的石墨烯修饰层容易脱落。最近，采用本体聚合法制备石墨烯-聚合物复合材料电极也有报道^[8]，但电极制备工艺复杂，不适合批量低成本加工。此外，聚合物的引入会降低电极的导电能力和电催化活性。于是，建立简便快速的石墨烯电化学传感器批量低成本加工技术既有重要的实际意义。

离子交换树脂是一类带有交换离子活性基团的且具有网状结构的不溶性高分子化合物，通常是球形颗粒物，可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两大类^[9]，常用离子交换树脂根据其基体的种类主要分为苯乙烯系树脂和丙烯酸系树脂等。氧化石墨烯表面富含羧基和羟基基团，在中性水溶液中荷负电，由于静电作用容易在荷正电的阴离子交换树脂微球表面发生吸附。本发明通过化学还原将吸附的氧化石墨烯还原，继续通过疏水作用使新生成的石墨烯组装在微球表面，制备的石墨烯包裹阴离子树脂微球嵌入塑料管后可制成一次性电极，有关研究未见文献报道。

参考文献

[1] Geim AK. Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 6966-6985.

[2] Novoselov KS, Geim AK, Morozov SV, et al. Science 2004, 306, 666-669.

[3] Martin P. Chem. Rev. 2009, 9, 211-223.

[4] Compton OC, Nguyen ST. Small 2010, 6, 711-723.

[5] Pumera, M. Chem. Rec. 2009, 9, 211-223.

[6] Han DX, Han TT, Shan, CS, et al. Electroanalysis 2010, 22, 2001-2008.

[7] Tang   LH, Wang Y, Li YM, et al. Adv. Funct. Mater. 2009, 19, 2782-2789.

[8] Wang X, Li JY, Qu WD, et al. J. Chromatogr. A 2011, 1218, 5542-5548.

[9] Anand V, Kandarapu R, Garg S. Drug Discov. Today 2001, 6, 905-914.

发明内容

本发明的目的在于提出一种能够批量低成本加工的基于石墨烯包裹阴离子交换树脂微球的一次性电极及其制备方法。

本发明提出的基于石墨烯包裹阴离子交换树脂微球的一次性电极的制备方法，具体步骤为：