[发明专利]一种掺氮三维多孔石墨烯基电极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种掺氮三维多孔石墨烯基电极材料及其制备方法和应用，属于电化学技术领域。本发明中制备方法的具体步骤为：1)将氧化石墨烯溶液与过氧化氢溶液混合后进行反应，得到三维多孔氧化石墨烯；2)将三维多孔氧化石墨烯和尿素混合后，进行水热反应，得到掺氮三维多孔石墨烯；3)将掺氮三维多孔石墨烯配制成分散液，并滴加至玻碳电极基片中心，得到掺氮三维多孔石墨烯基电极材料。本发明工艺简单、可操作性强，采用本发明制备的掺氮三维多孔石墨烯基电极材料用于电化学传感器中，可对有机磷农药甲基对硫磷的含量进行检测，具有灵敏度高、响应时间短、抗干扰能力强、重复性好、长期稳定性好和回收率高的优点。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种掺氮三维多孔石墨烯基电极材料及其制备方法和应用。

背景技术

有机磷农药(OPs)因其毒性强、药效好等特点，常年被用于农业生产来提高农业生产率，甲基对硫磷(MP)是农业害虫防治中最常用的有机磷农药，但其对环境的污染不可忽视，即使是少量的MP残留也会污染水和土壤，此外，MP可能会渗透植物组织而留在植物中，例如水果和蔬菜，一旦被人体摄入，即使微量也能引起人体乙酰胆碱酯酶(AChE)的变性导致神经信号传递中断，从而引起肌肉麻痹、抽搐、支气管收缩和死亡等严重后果。因此，针对MP开展快速、准确、灵敏的检测，对人类健康和环境安全具有重要意义。

目前，可采用气相色谱法(GC)、高效液相色谱法(HPLC)、气相色谱-质谱法(GC/MS)、酶联免疫分析法(EIA)和表面增强拉曼光谱法等分析方法对残留MP进行检测。然而，这些方法大都需要大型仪器，过程操作繁琐，不能现场检测，且由于酶来源多样，保存困难，对实际实验重复性、准确性有不利影响。因此，寻找一种简单、成本低、耗时少的MP检测方法仍然是现在研究的热点。

相比之下，电化学传感器具有体积小、可现场测试、成本低和响应时间短等优点，是一种可选的检测方法。近年来，一些电极材料如氧化铜-二氧化钛、金-氧化锆-石墨烯、金纳米/中性红生物功能化石墨烯等被用来构建电化学传感器，用于MP含量检测。石墨烯基电化学传感器因其优异的电化学性能、高灵敏度和良好的稳定性而受到广泛关注。

然而，应用过程中发现，石墨烯基电极材料都存在易团聚和重叠的现象，且石墨烯不存在能隙，其导电性能不能像传统的半导体那样易于控制，从而极大地影响了传感器的性能发挥；此外，石墨烯的表面光滑、惰性，不利于其进一步与其他材料复合。上述这些问题严重阻碍了石墨烯基电化学传感器在农药检测中的应用。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种掺氮三维多孔石墨烯基电极材料及其制备方法和应用，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，采用该种电极材料制备的电化学传感器，具有更高的灵敏度和抗干扰能力，以及良好的重复性和稳定性。

本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种掺氮三维多孔石墨烯基电极材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将氧化石墨烯溶液与过氧化氢溶液超声混合后，置于反应容器进行反应，后经洗涤、干燥，得到三维多孔氧化石墨烯；

2)将步骤1)得到的三维多孔氧化石墨烯溶于超纯水中，和尿素混合，超声处理后，置于反应容器中进行水热反应，后经洗涤、干燥，得到掺氮三维多孔石墨烯；所述三维多孔氧化石墨烯的质量浓度为1～3mg/mL，尿素和三维多孔氧化石墨烯质量比为60：1～30：1；所述水热反应的温度为170～195℃，时间为10～14h；

3)将步骤2)得到的掺氮三维多孔石墨烯配制成分散液，并滴加至玻碳电极基片中心，15-30℃下抽真空干燥后即得到掺氮三维多孔石墨烯基电极材料。

可选地，步骤1)中，所述氧化石墨烯溶液为氧化石墨烯的水溶液，所述氧化石墨烯的质量浓度为1～5mg/mL；所述过氧化氢溶液为过氧化氢的水溶液，过氧化氢的质量百分含量为20～40％；所述的氧化石墨烯溶液与过氧化氢溶液的体积比为5:1～15:1。