[发明专利]电化学检测用石墨烯-酚醛树脂复合材料电极及其制备方法

说明书

本发明属电化学传感器技术领域，具体为一种电化学检测用石墨烯‑酚醛树脂复合材料电极及其制备方法。本发明将苯酚和甲醛在酸性介质中经缩聚制备的线性酚醛树脂粉末溶于含有六亚甲基四胺的乙醇溶液，与石墨烯粉体混合均匀后，填充入电极管末端，通过电极管将电极引线插入石墨烯‑线性酚醛树脂混合物中，确保达到良好接触，加热引发原位缩聚，使混合物硬化得连有电极引线的石墨烯‑酚醛树脂复合材料电极体。有电极体一端抛成圆盘状后，用粘合剂将电极引线固定于电极管另一端，得电极成品。该电极制作简便，成本低廉，可批量加工，具有灵敏度高、重现性好、抗污染能力强等优点，可用于毛细管电泳、微流控芯片、流动注射分析和液相色谱的电化学检测。

技术领域

本发明属电化学传感器技术领域，具体涉及一种电化学检测用石墨烯-酚醛树脂复合材料电极及其制备方法。

背景技术

作为碳的一种重要同素异形体，石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的新材料，单层石墨烯是只有一个碳原子厚度的薄膜。自从2004年英国曼彻斯特大学Geim和Novoselov等人用压敏胶带微机械剥离法成功从常见的石墨中分离出了单层石墨烯以来[1]，石墨烯受到了全世界科学家的广泛关注，他们于2010年共同获得诺贝尔物理学奖。由于其独特结构以及物理和化学性质，如具有十分良好的强度、导电、导热、柔韧、光学特性，石墨烯在电子工业、航天军工、新能源、新材料、生物医药、传感器等领域有广泛的应用前景[2,3]，已经成为最受瞩目的国际前沿和研究热点之一。目前，制备石墨烯的方法有机械剥离法、氧化还原法、SiC外延生长法、化学气相沉积法、石墨化学氧化剥离法等，其中氧化还原法是制备石墨烯最常用也是最经济的方法。先采用Hummers法或者改进法由石墨的化学氧化制备氧化石墨[4]，然后通过超声剥离得氧化石墨烯。氧化石墨烯表面的含氧官能团，为进一步化学修饰和与其它材料复合提供便利。其可用水合肼、硼氢化钠等还原制备还原氧化石墨烯，亲水性降低，导电性增强。

由于石墨烯具有极高的电导率和电催化活性，在电化学传感器中的制备中具有得天独厚的优势[5]，已成功用于增强一些列生物活性物质的的电化学响应。用于电化学检测的石墨烯基电极的制备方法主要包括表面修饰法、电化学聚合表面修饰法、石蜡油混合填充法等，其中表面修饰是最常用的方法。表面修饰法是将石墨烯粉体分散在溶剂中，然后涂布在基体电极表面并晾干，由于石墨烯修饰层使用中容易脱落，电极稳定性不佳，寿命不长。石蜡油混合填充法是将石墨烯粉末和石蜡油混合后填充在电极管中，电极体为糊状，为非刚性材料，使用中会发生形变，电化学检测中噪音大且信号的重现性不佳，为一次性电极。电化学聚合表面修饰法是将石墨烯分散在导电高分子单体溶液中，经电化学聚合形成表面修饰层，使石墨烯固定在电极表面，制备的电极也存在石墨烯修饰层脱落的问题，影响电极的稳定性和使用寿命。鉴于原有石墨烯电极的不足和问题，将聚合物与石墨烯复合制备复合材料电极是提高石墨烯电极稳定性和性能的重要途径。

酚醛树脂也叫电木，是由苯酚和甲醛在催化剂条件下经缩聚、中和、水洗而制成的树脂。固体酚醛树脂为黄色、透明、无定形块状物质，可粉碎为粉末。酚醛树脂是世界上最早由人工合成的高分子材料。因选用催化剂的不同，酚醛树脂可分为热固性和热塑性两类，广泛用于防腐蚀工程、胶粘剂、阻燃材料、砂轮片制造等行业。由于酚醛树脂具有化学性质稳定、耐有机溶剂、耐热、电绝缘性好、力学和机械性能优良等优点，本发明采用原位缩聚法制备基于石墨烯-酚醛树脂复合材料的新型电化学检测电极。

参考文献

[1] Novoselov K.S, Geim A.K., Morozov S.V, Jiang D., Zhang Y.,Dubonos S., Grigorieva I.V, Firsov A.A. Science 2004, 306(5696): 666-669.

[2] Geim, A.K. Angewandte Chemie International Edition, 2011, 50(31):6966-6985.