[发明专利]一种硫掺杂多孔管束状氮化碳/石墨烯复合材料的制备方法及其应用

说明书

一种硫掺杂多孔管束状氮化碳/石墨烯复合材料的制备方法及其应用，本发明涉及一种硫掺杂多孔管束状氮化碳/石墨烯复合材料的制备方法及其应用。本发明的目的是为了解决现有检测重金属离子的电化学传感器的工作电极检测灵敏度较低以及成本高问题，本发明利用三聚氰胺与三聚硫氰酸制备多孔管束状氮化碳，然后再与石墨烯复合，制备成硫掺杂多孔管束状氮化碳/石墨烯复合材料。本发明通过多种重金属离子的键合方式，增强电化学传感材料的检测性能。再通过与石墨烯的复合，利用石墨烯具有优良的导电性能，提高氮化碳/石墨烯复合材料对重金属离子电化学检测性能。本发明应用于重金属离子电化学检测领域。

技术领域

本发明涉及一种硫掺杂多孔管束状氮化碳/石墨烯复合材料的制备方法及其应用。

背景技术

重金属离子污染是水体污染的主要根源之一，重金属离子无法自降解导致其对水体的污染具有极大的威胁性。重金属离子可以从多种途径排入水体，如化工、造纸、矿物加工、废物处理等。此外，重金属离子还可以随着金属冶炼、农业灌溉等方式，排入大气与土壤中。这些重金属离子经过植物、作物的根部吸收，禽类、畜类的饮用摄入，以及淡水、海水鱼类的富集，再通过人类饮食逐渐沉积在人体中，从而对人类健康造成严重的伤害。

检测重金属离子的方法很多，如：原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、电感耦合等离子质谱法、电感耦合等离子原子发射光谱法和高效薄层色谱法等。但是这些方法具有一定的局限性，如：原子吸收光谱法容易造成汞的二次挥发污染，原子荧光光谱法测定某些元素对酸度要求苛刻，电感耦合等离子质谱法受样品介质的影响较大，电感耦合等离子原子发射光谱法无法应付复杂基体等。而且这些设备普遍价格成本高，空间需求大，预处理复杂，无法实现原位检测。采用电化学方法测量电极表面的氧化还原反应产生的电流变化来检测重金属离子成为一种主要的重金属离子测试手段。最重要的是电化学检测设备体积小，便于携带，能够实现重金属离子的原位检测。

工作电极的灵敏性和选择性是电化学检测重金属离子的关键，工作电极表面经过不同材料修饰后，可以用于各种金属离子的特殊检测。传统电极有汞电极、金电极、银电极、铋膜电极、锑膜电极等，它们均对目标离子有很高的检测灵敏度。早期的工作电极多采用悬汞电极和汞膜电极来检测重金属离子，但是汞对环境造成的污染，以及汞的存储、处理等问题使其受到很大的限制，汞电极材料目前已经禁止使用了；之后出现了铋、锑等无汞电极，通过将铋、锑与目标金属离子共沉积到玻碳电极上来检测目标离子，其检测极限可达mg/L的级别，但是铋膜、锑膜电极容易受溶液的pH所影响，在pH＝4时会生成对应的氢氧化物造成膜电极的不可逆损伤；金、银电极价格昂贵，灵敏度高，通过结构设计制作纳米粒子、层状结构、多孔结构、阵列结构等也可以用作重金属离子检测，但是金、银电极的选择性通常较差，且纳米粒子容易氧化失效，很难满足长时间使用和重复使用。玻碳电极价格便宜，导电性好，但是检测灵敏度较低，通过对玻碳电极表面修饰提高灵敏度，制备价格低廉的工作电极是电化学传感器发展的主要目标。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有检测重金属离子的电化学传感器的工作电极检测灵敏度较低以及成本高问题，提供一种硫掺杂多孔管束状氮化碳/石墨烯复合材料的制备方法及其应用。

本发明一种硫掺杂多孔管束状氮化碳/石墨烯复合材料的制备方法按以下步骤进行：

一、石墨相氮化碳的制备

将三聚氰胺与三聚硫氰酸分散在蒸馏水中，搅拌形成的三聚氰胺-三聚硫氰酸超分子前驱体，然后干燥，再研磨成粉末放入坩埚，将坩埚放入马弗炉中升温至550℃保温2h，升温速率为10℃/min；冷却后，得到石墨相氮化碳；然后将石墨相氮化碳分散在蒸馏水中，配制石墨相氮化碳水溶液；其中三聚氰胺与三聚硫氰酸的摩尔比例为1:2；

二、硫掺杂多孔管束状氮化碳/石墨烯复合材料的制备