[发明专利]一种用于重金属离子检测的量子点电化学传感器及其制备

说明书

本发明属于重金属离子检测技术领域，公开了一种用于重金属离子检测的量子点电化学传感器及其制备，其中制备方法包括以下步骤：(1)胶体量子点材料合成；(2)平面三电极的制备；(3)化学修饰电极的制备：将步骤(1)制得的胶体量子点材料修饰到步骤(2)得到的工作电极的表面形成薄膜，并进一步用无机盐溶液处理表面薄膜，干燥后即可得到用于重金属离子检测的量子点电化学传感器。本发明通过对关键的化学修饰电极功能材料进行改进，利用化学修饰的方法在电极表面进行分子设计，赋予电极量子点材料的化学和电化学特性，以获得对重金属离子检测的高响应，宽线性范围的量子点电化学传感器。

技术领域

本发明属于重金属离子检测技术领域，更具体地，涉及一种用于重金属离子检测的量子点电化学传感器及其制备，该电化学传感器具体以胶体量子点为修饰材料，可以赋予电极量子点材料的化学和电化学特性，提高对重金属离子的检测灵敏度和特异性。

背景技术

随着现代工业化的极速发展，水体中铅、镉、汞等重金属污染造成的环境问题严重威胁人类的身体健康，如何对水体中重金属浓度进行有效分析是防控水体污染的重要前提。现有技术已知，化学修饰电极用于重金属离子检测具有成本低、分析速度快的优点，可以实现现场快速检测和实时分布式在线分析。另一方面，胶体量子点材料是一种通过溶剂热法或热注入法合成并稳定分散在溶剂中的半导体纳米晶，溶液兼容性好，具有室温成膜特性和合适的导电率，是一种良好的化学修饰电极功能材料。胶体量子点材料通常尺寸在10nm以下，表面具有大量的悬挂键结构缺陷，比表面积大且活性位点多，可以提供大量的重金属离子吸附位点，能显著提高工作电极对重金属离子的检测灵敏度。

2015年，GauravBhanjana等人采用水热法合成ZnO量子点材料并修饰金电极，用于检测汞离子。采用线性扫描伏安法测得对汞离子的检测线性范围为5ppb-50ppm，检测限为5ppb，响应时间2s，在与其它重金属离子如Zn²⁺，Cd²⁺，As³⁺，Pb²⁺的对比测试中，该方法制备的化学修饰电极对Hg²⁺具有良好的选择性。但是该方法在合成过程中需要通过高温煅烧得到ZnO量子点材料，且成膜过程中引入Nafion试剂形成浆料，降低检测灵敏度。同时，该ZnO量子点材料并未通过表面调控的方法实现对重金属离子的特异性吸附。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种用于重金属离子检测的量子点电化学传感器及其制备，其中通过对关键的化学修饰电极功能材料进行改进，利用化学修饰的方法在电极表面进行分子设计，赋予电极量子点材料的化学和电化学特性，以获得对重金属离子检测的高响应，宽线性范围的量子点电化学传感器。本发明得到的器件其线性响应范围为10^-9～10^-4M，检测限为3.56×10^-10M。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于重金属离子检测的量子点电化学传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)胶体量子点材料合成：采用溶剂热法、水热法、热注入法、阳离子交换法或原位卤素钝化方法合成用于重金属离子检测的胶体量子点材料；

(2)平面三电极的制备：通过网版设计平面三电极的结构，然后将电极材料印制在衬底基板上，形成三个电极，这三个电极分别是工作电极、对电极和参比电极；

(3)化学修饰电极的制备：将所述步骤(1)制得的所述胶体量子点材料修饰到所述步骤(2)得到的工作电极的表面形成薄膜，并进一步用无机盐溶液处理表面薄膜，干燥后即可得到用于重金属离子检测的量子点电化学传感器。

作为本发明的进一步优选，所述步骤(3)中，所述无机盐溶液为NH₄Cl、NaNO₂或Pb(NO₃)₂无机盐溶液。