[发明专利]用于特异性识别镉离子的纳米复合材料及其电化学传感器

说明书

本发明公开了用于特异性识别镉离子的纳米复合材料及电化学传感器，将氧化石墨烯、金纳米粒子、四苯基卟啉结合发挥协同作用，制备氧化石墨烯/金纳米颗粒/四苯基卟啉复合物，并与电化学检测技术相结合，得一种新型高选择性和高精度的电化学传感器用于测定水溶液中的重金属特别是重金属Cd，检测灵敏度高、特异性强，且快速准确，而且操作简单，价格较低，避免使用大型仪器，且可进行现场应急检测。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体涉及用于特异性识别镉离子的纳米复合材料、电化学传感器。

背景技术

生态系统中的重金属因其不可生物降解性而无限期地存在，它们对人类的生存环境和健康构成极大威胁，重金属污染在1974年被联合国环境计划列为重点污染物。镉(Cd)作为重金属污染中危害最重的重金属之一，在电镀、镍镉电池、合金、颜料、荧光粉、农药等多个行业广泛应用，过量的镉造成严重水体污染、土壤污染和食物污染。世界卫生组织提出3ng/mL的Cd(II)离子饮用水标准，过量镉离子的摄入会对肝、肺、肾和前列腺等人体器官产生损害，并且主要累积在肾脏中，在人体内的半衰期长达10～35年。目前已经开发出的镉离子检测技术，如荧光光谱法、原子吸收分光光度法、原子发射光谱法、比色法、电化学分析等均面临一些不可避免的缺点，例如检测设备昂贵，运行成本高，操作人员专业化要求高，分析时间长，灵敏度低，不便于快速现场应用等；然而在镉污染应急处理方面快速简便的监测对于保护人体健康和环境十分必要，因此，急需一种快速、简单、可现场应用的高灵敏度分析方法来监测镉离子含量。

与传统方法不同，电化学检测方法具有分析速度快、操作简便、灵敏度高、成本低等优点。金纳米粒子因具有较大的比表面积，良好的生物相容性和优良的导电性在电化学检测中得到广泛应用，金纳米粒子可以增强生物分子和电极表面的氧化还原中心之间的电子转移，还可以作为催化剂提高电化学的反应速率；石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，具有卓越的热学、机械以及电化学性能，石墨烯具有极大的比表面积，能与金属、聚合物和金属有机物等充分结合，从而制备出导电性能优异、结构稳定的纳米复合材料，且生产成本较低，非常适合开发高性能复合材料；卟啉作为一类具有良好电催化性能的电子媒介体，因其特殊化学结构及性能对金属离子具有特异性响应；目前还没有相关报道将氧化石墨烯、金纳米粒子、四苯基卟啉结合制备氧化石墨烯/金纳米颗粒/四苯基卟啉复合材料，与电化学检测技术相结合，开发新型高选择性和高精度的电化学传感器用于测定水溶液中的镉离子。

发明内容

为克服现有技术的上述缺陷，本发明的目的在于提供用于特异性识别镉离子的纳米复合材料；本发明的目的还在于提供上述纳米复合材料的制备方法。

本发明的目的还在于提供由上述纳米复合材料制备的电化学传感器；本发明的目的还在于提供上述电化学传感器的制备方法

一方面，本申请的发明人将氧化石墨烯、金纳米粒子、四苯基卟啉结合，发挥协同作用，制备氧化石墨烯/金纳米颗粒/四苯基卟啉复合材料，与电化学检测技术相结合，发明一种新型高选择性和高精度的电化学传感器用于测定水溶液中的重金属镉离子。

另一方面，通过使用四苯基卟啉作为选择性生物分子结合镉离子，氧化石墨烯促进镉离子与卟啉衍生物的配位反应，提高电极表面的导电性。进一步的，金纳米粒子通过金巯键将带有巯基的四苯基卟啉进一步连接到氧化石墨烯/金纳米颗粒复合材料表面，提高电化学检测的灵敏度，实现对重金属镉离子的高灵敏、快速检测。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

用于特异性识别镉离子的纳米复合材料，包括氧化石墨烯/金纳米颗粒/四苯基卟啉复合物。

上述用于特异性识别镉离子的纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：