[发明专利]AuCu双金属纳米颗粒-多壁碳纳米管复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了AuCu双金属纳米颗粒‑多壁碳纳米管复合材料及其制备方法与应用，首次提出并报导将AuCu双金属纳米颗粒与多壁碳纳米管耦合作为固接传导层应用于固接离子选择性电极中；尤其是有序AuCu双金属纳米颗粒‑多壁碳纳米管复合材料，将其作为中间层形成的电位传感器(电极)，通过分别测定阳离子和阴离子来评估电位传感器的性能；结果表明传感器具有高的双电层电容，快速的电荷转移和低的电位漂移等特点，此外，干扰因素氧化还原电对和光照均对制备的电极没有影响；由于oAuCuNPs‑MWCNTs具有高的疏水性，电位水层实验显示在离子选择性膜和金属导体之间不存在水层；这些结果表明，双金属纳米材料和碳纳米材料的复合材料作为传导层应用于离子选择性电极中有非常好的前景。

技术领域

本发明涉及电极材料领域，更具体地说，涉及一种AuCu双金属纳米颗粒-多壁碳纳米管复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

离子选择性电极(ISEs)已广泛应用于化学分析的各个领域。然而，传统的液体接触式离子选择性电极在电位响应和检测限方面存在一些缺陷，这是由于电极内部电解质的离子流会扩散到传感膜(ISM)中。此外，这种电极难以制备和微型化。固体接触式离子选择性电极(SC-ISEs)是传统液体接触式离子选择性电极的良好替代品，它具有工艺简单、易于小型化并且维护成本低等优点，因此受到了广泛的关注。涂丝电极(CWEs)是SC-ISEs最初的形式，然而由于在ISM和金属导体之间缺乏良好的传导界面而造成电势不稳定的问题。解决这个问题的一个方法是将具有混合离子和电子转导性的导电聚合物应用于电极中，作为离子-电子传导层，使电荷能在ISM和金属导体之间快速转移。导电聚合物，如聚吡咯、聚(3-辛基噻吩)和聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)，可以促进ISM和金属导体界面处的电荷转移从而提高电位的稳定性。然而，大多数导电聚合物存在一些缺陷，例如干扰因素氧化还原电对和光照会对电极产生影响，而在临床和环境的“原位”检测中这些副反应有十分关键的影响。

近年来，许多纳米材料被用作离子-电子传导层应用于SC-ISEs中，以获得更加稳定和可靠的电势响应。一方面，碳纳米材料，如碳黑、石墨烯和多壁碳纳米管等，被用作SC-ISEs的离子-电子传导层。它们固有的疏水性，良好的导电性和大的电容可以获得良好的电位稳定性，并且可以消除ISM和金属导体之间的水层。另一方面，单金属纳米材料，如铂纳米颗粒和金纳米颗粒，也被应用于SC-ISEs中作为传导层。由于它们高的电化学活性、大的比表面积和量子尺寸效应，基于单金属纳米材料的SC-ISEs展现出良好的电位稳定性和高的电容。在这两种情况下，将碳纳米材料或单金属纳米材料作为离子-电子传导层都可以提高SC-ISEs的响应性能。此外，将这两种材料的复合材料作为传导层可以进一步提高SC-ISEs的响应性能，使它们更适合成为能在零电流背景下工作的通用传导层。例如，基于碳黑的钾离子选择性固接电极(K⁺-SC-ISEs)，它的电位漂移和电容的数值分别为19.6μV/s和51μF，而基于铂纳米颗粒的K⁺-SC-ISEs分别为12.2μV/s和82μF。此外，基于碳黑和铂纳米颗粒复合材料的K⁺-SC-ISEs产生了更低的电位漂移(4.6μV/s)和更大的电容(217μF)。由于碳黑和铂纳米颗粒的协同作用，基于碳黑-铂纳米颗粒复合材料的电极产生了更好的响应性能。碳黑与铂纳米颗粒的整合形成了兼具有这两种材料性质的杂化材料，具有非常好的应用前景。因此，为SC-ISEs开发新的纳米复合材料以此获得优异的分析性能非常具有吸引力。

发明内容

本发明的第一个目的在于，通过将双金属纳米颗粒与碳纳米材料进行复合，提供一种AuCu双金属纳米颗粒-多壁碳纳米管复合材料的制备方法。

本发明的第二个目的在于，提供上述制备方法制备得到的AuCu双金属纳米颗粒-多壁碳纳米管复合材料。

本发明的第三个目的在于，提供AuCu双金属纳米颗粒-多壁碳纳米管复合材料在固接离子选择性电极中作为离子-电子传导层的应用。