[发明专利]一种三维多孔石墨烯基电化学电极材料及其制备与应用

说明书

本发明涉及一种三维多孔石墨烯基电化学电极材料及其制备与应用，三维多孔石墨烯采用水热法制备，其具有丰富的三维微米孔和二维面内纳米孔，三维多孔石墨烯基电化学电极材料采用将上述石墨烯的悬浮液滴加到基片中心，室温下抽真空干燥的方法获得。将本发明中的三维多孔石墨烯基电化学电极材料用于电化学传感器中，可对抗坏血酸、尿酸或亚硝酸盐的含量进行检测，具有灵敏度高、响应时间短、抗干扰能力强、重复性好、长期稳定性好、回收率高的优势。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，涉及一种三维多孔石墨烯基电化学电极材料、制备方法及其在电化学传感器中的应用。

背景技术

抗坏血酸(AA)、尿酸(UA)、亚硝酸盐等电化学活性生物分子在人类生活中起着重要作用。其中，抗坏血酸又称维生素C，是合成胶原蛋白、软骨、肌腱、血管和神经递质的重要化合物，它的异常水平可以用来诊断许多疾病，如糖尿病、高胆固醇、肾脏、神经系统疾病以及其他各种疾病；尿酸是嘌呤代谢的终产物，如果体内产生过多尿酸来不及排泄或者尿酸排泄机制退化，则体内尿酸滞留过多，容易导致人体体液变酸，影响人体细胞的正常功能，长期置之不理将会引发痛风；亚硝酸盐自然存在于整个环境中，常被用作食品工业中的食品添加剂，但过量摄入亚硝酸盐对人体健康构成了巨大的风险。因此，敏感、快速、准确地检测AA、UA和亚硝酸盐的含量是临床诊断和食品安全的当务之急。然而，AA、UA和亚硝酸盐在裸露工作电极上的电氧化需要很高的过电位，从而导致与其他生物活性分子的相互干扰。

传统的检测方法主要包括分光光度法、色谱法和荧光法等，这些传统方法存在检测慢、操作繁琐等缺点。近年来，基于快速、灵敏的优点，电化学传感器逐渐被广泛用于电化学活性生物分子的快速检测。其中，石墨烯材料具有较大的比表面积及开放的多孔结构，能够使电解液离子易于从多孔骨架的表面进入里面，因而具有优异的电化学性能，石墨烯材料用于电化学传感器的应用研究也受到行业关注。

目前，一些研究者将石墨烯材料用于亚硝酸盐等物质的电化学传感器的制备中。例如：中国发明专利CN104634848A在工作电极表面通过电化学还原氧化石墨烯的方法沉积还原性氧化石墨烯，制备了可快速检测亚硝酸盐的电化学传感器；中国发明专利CN103604849A采用氧化石墨烯和介孔四氧化三铁复合材料修饰工作电极，制备了可同时检测多巴胺、抗坏血酸和尿酸的电化学传感器；中国发明专利CN108318556A公开了一种石墨烯钴酸镍传感器材料的制备方法，将三维石墨烯与钴酸镍结合，改善钴酸镍的形态，充分发挥三维石墨烯和异质构的协同作用，增强传感器的灵敏性，用于抗坏血酸非酶电化学传感器中。但这些专利中所采用的的氧化石墨烯或者三维石墨烯在应用过程中都存在团聚、重叠的现象，极大地影响了传感器的重复性和稳定性。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种三维多孔石墨烯基电化学电极材料及其制备与应用，能够使当前石墨烯基电化学电极材料的电化学活性位点更多，并赋予由该种电极材料制备的电化学传感器更高的灵敏度和抗干扰能力，以及良好的重复性和稳定性。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种三维多孔石墨烯的制备方法，该方法包括以下步骤：

1)将氧化石墨烯溶液与过氧化氢溶液混合后，之后进行超声处理，得到混合液；

2)将混合液置于反应容器中进行水热反应，后经洗涤、干燥，即得到所述的三维多孔石墨烯。

进一步地，步骤1)中，所述的氧化石墨烯溶液为氧化石墨烯的水溶液，所述的氧化石墨烯溶液中，氧化石墨烯的质量浓度为1.5-2.5mg/mL；所述的过氧化氢溶液为过氧化氢的水溶液，所述的过氧化氢溶液中，过氧化氢的质量百分含量为0.5-0.75％；所述的氧化石墨烯溶液与过氧化氢溶液的体积比为8-12:1。

进一步地，步骤1)中，所述的超声处理的时间为10-15min。

进一步地，步骤2)中，所述的水热反应的温度为170-190℃，时间为4-6h。