[发明专利]一种改性二氧化硅纳米孔道膜修饰电极及制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种改性二氧化硅纳米孔道膜修饰电极及制备方法和应用，属于新材料技术领域。所述制备方法包括：(1)在电极基底上制备具有开放孔结构的二氧化硅纳米孔道薄膜；(2)利用电泳法、静电吸附法或共价固定法将石墨烯量子点入孔修饰二氧化硅纳米孔道，制得所述的改性二氧化硅纳米孔道膜修饰电极。本发明以小尺寸的GQDs作为功能砌块入孔修饰VMSF电极，制备多样化传感界面，由于孔道的电负性以及石墨烯量子点对金属离子的配位作用和对多巴胺的π‑π堆积作用，可对检测物实现预富集作用，显著提高待测物检测性能，结合VMSF防玷污/抗干扰能力，在复杂样品中多类活性组分的直接、高灵敏电化学检测中具有巨大的应用前景。

技术领域

本发明涉及新材料技术领域，具体涉及一种改性二氧化硅纳米孔道膜修饰电极及制备方法和应用。

背景技术

随着社会的快速发展和进步，人们在环境、健康等方面的需求显著提高。对复杂样品的直接、高灵敏检测仍是当前分析化学的难点。电化学传感器可结合纳米材料信号放大技术实现高灵敏乃至超高灵敏检测，且检测快速、操作简单、仪器价廉。

最近的研究表明，二氧化硅纳米孔道电极是在基底电极表面生长二氧化硅纳米孔道薄膜(vertically-ordered mesoporous silica-nanochannel film)制备所得，该薄膜可为基底电极引入纳米孔道在分子水平上的选择性筛分能力。目前，利用复旦大学赵东元院士课题组建立的溶液生长法(Angew.Chem.Int.Ed.,2012,51,2173-2177)、以及Walcarius课题组建立的电化学辅助自组装法(EASA)(Electroanalysis,2013,25,2595-2603,Faraday Discuss.,2013,164,259-273,J.Nanosci.Nanotechnol.,2009,9,2398-2406)已可在不同的基底电极上一次制备VMSF。

VMSF为纳米超薄膜；具有垂直于基底电极、高孔密度、长程有序均一的纳米孔道。独特的结构特性赋予二氧化硅纳米孔道电极突出的防玷污能力、显著的抗干扰能力、优异的通透性。CN 105241944A公开了一种基于垂直有序胶束富集的电化学检测牛奶中抗生素的方法，以垂直有序胶束VMSF修饰的电极为工作电极，在每个胶束中CTAB的带电极性基团朝外，而烷基链通过疏水作用聚集在一起形成一个疏水纳米腔，通过疏水作用，水溶液中疏水、电中性的抗生素被萃取/富集到表面活性剂胶束的疏水纳米腔中，以抗生素的还原峰电流为电测信号，从而实现在牛奶的复杂背景下的定量检测。

石墨烯量子点(GQDs)通常是指尺寸小于10nm，由单层或少数(10)石墨烯层构成的零维(0D)碳材料。在兼顾石墨烯材料部分优良结构特性(高比表面积、优异电子传导性，π-π共轭结构、低生物毒性)的同时，GQDs还具有明显的边界效应和量子限域效应，在荧光及电化学传感、生物成像等领域已展现了巨大的应用前景。

截至目前为止，尚未有利用石墨烯量子点入孔修饰二氧化硅纳米均孔电极的研究见诸报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯量子点改性二氧化硅纳米孔道薄膜修饰电极，以提高其电化学检测性能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种改性二氧化硅纳米孔道膜修饰电极的制备方法，包括以下步骤：

(1)在电极基底上制备具有开放孔结构的二氧化硅纳米孔道薄膜；

(2)利用电泳法、静电吸附法或共价固定法将石墨烯量子点入孔修饰二氧化硅纳米孔道，制得所述的改性二氧化硅纳米孔道膜修饰电极。

作为优选，步骤(1)中，所述的电极基底为氧化铟锡(ITO)电极或金(Au)电极。

步骤(1)中，采用溶液生长法或电化学辅助自组装法制备二氧化硅纳米孔道薄膜。