關(guān)于納米材料化學(xué)修飾電極的制備及其在環(huán)境分析中的應(yīng)用分析

摘 要：化學(xué)修飾電極是當(dāng)今電化學(xué)和電分析化學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)熱門研究課題，而納米材料以其獨(dú)特的物理、化學(xué)性質(zhì)在分析化學(xué)中已得到了廣泛的關(guān)注，二者結(jié)合產(chǎn)生的納米材料化學(xué)修飾電極以其高靈敏度、高選擇性和易于微型化等特點(diǎn)已在復(fù)雜環(huán)境體系分析、生物分析、藥物分析、臨床檢測(cè)等諸多領(lǐng)域引起了研究者的極大興趣。本文在提高化學(xué)修飾電極的穩(wěn)定性和催化活性，拓寬其在電分析化學(xué)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用方面具有一定價(jià)值。

關(guān)鍵詞：化學(xué)修飾電極；納米材料；環(huán)境分析

一、碳納米管修飾電極

1. 化學(xué)修飾電極的制備與分類

化學(xué)修飾電極的制備是化學(xué)修飾電極的關(guān)鍵問題，制備過程中關(guān)于修飾方法、過程步驟、制備的優(yōu)劣都對(duì)化學(xué)修飾電極有著重要的影響。我們按照化學(xué)修飾電極上面固定材料的類型可以將其分為單分子層、多分子層以及組合型等三大類. [1]其中多分子層以聚合物薄膜為主。電極表面的修飾方法按照修飾類型的不同可以分為共價(jià)鍵合法、吸附法和聚合法三類。但是通常情況下我們不會(huì)使用單一的方法，而是這幾種方法組合使用完成對(duì)化學(xué)電極的修飾過程。大體的分類如圖1所示：

圖1 化學(xué)修飾電極的制備和分類

（1）共價(jià)鍵合型

我們實(shí)際生活中經(jīng)常用到的固體電極如金屬、金屬氧化物以及石墨等等，表面存在著多種含氧基。我們可以對(duì)其進(jìn)行氧化還原處理增加含氧基的數(shù)目，讓其與修飾化合物進(jìn)行共價(jià)鍵合反應(yīng)，把特定的功能基團(tuán)留在電極的表面上。共價(jià)鍵合法的修飾物固定比較牢靠，但是修飾過程復(fù)雜，并且修飾效果不高。

（2）吸附型

吸附法最常見的應(yīng)用是單分子層修飾電極的制備，有時(shí)也用于制備多分子層修飾電極。

（3）聚合物型

聚合物型是利用一些聚合方法方法在電極表面形成修飾膜。其中電化學(xué)聚合方法是很重要的薄膜合成法方法之一，它主要是利用氧化或者還原反應(yīng)在電極上產(chǎn)生自由基，然后再經(jīng)過縮聚反應(yīng)制備該薄膜。聚合物方法形成的薄膜穩(wěn)定，厚度均勻并且可控。因此在薄膜制備中得到了廣泛的應(yīng)用。

2. 碳納米管修飾電極類型

納米材料表面覆蓋著的是一層非晶層，該層沒有短程序和長(zhǎng)程序。由于原子的周圍原子很少，產(chǎn)生了許多懸空鍵表現(xiàn)出極大地極性。具有相當(dāng)高的催化效率，因此其是一種很好的修飾材料，并且具有極大的潛力。現(xiàn)如今關(guān)于碳納米管修飾材料的研究很熱門。

鑒于碳納米管的良好的電子特性，其進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)時(shí)能很好地促進(jìn)電子的遷移。關(guān)于單壁和多壁的納米管都可以用來修飾電極和制備電極。其主要分為以下四種類型：

（1）碳納米管糊電極

Britto 在1996年將碳納米管調(diào)勻后導(dǎo)入到玻璃管中，并用導(dǎo)線引出，制備出來了碳糊電極。這是碳納米管在點(diǎn)分析中的最早應(yīng)用，隨后牛津大學(xué)、清華大學(xué)等也相繼制備出了各種糊電極應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。[2]但是上述幾種納米管普遍存在著重復(fù)性較差、壽命較短等，雖然制備過程較為簡(jiǎn)單，但是應(yīng)用受到限制。因此，人們開始便致力于應(yīng)用更廣泛的碳納米管薄膜修飾。

（2）碳納米管薄膜修飾電極

碳納米管有著諸多上述優(yōu)良特性，但是其的不溶性大大限制了其在碳納米管薄膜修飾電極方面的應(yīng)用。碳納米管的不溶性表現(xiàn)為其幾乎不溶于所有溶劑。我們?cè)谥苽淝靶枰獙⑵溥M(jìn)行超聲分散得到懸浮體系。根據(jù)所用分散劑的不同我們分為以下幾個(gè)體系：碳納米管-有機(jī)溶劑分散體系、碳納米管-硫酸分散體系和碳納米管-表面活性劑分散體系。

二、碳納米管修飾電極在環(huán)境分析中的應(yīng)用

1.碳納米管修飾電極測(cè)定環(huán)境中的重金屬陽(yáng)離子

環(huán)境中的重金屬陽(yáng)離子Pb2+、Cd2+、Hg2+等是重金屬污染物，嚴(yán)重危害著人們的健康發(fā)育，因此對(duì)其檢測(cè)是至關(guān)重要的。利用納米管—石墨糊電極對(duì)水體進(jìn)行測(cè)定，性能穩(wěn)定，使用壽命長(zhǎng)，是一種較好的選擇。

2. 碳納米管修飾電極測(cè)定環(huán)境中的陰離子及其化合物

存在于工業(yè)廢水以及食物中的亞硝酸根離子對(duì)人來有致癌的危險(xiǎn)，研究其相關(guān)測(cè)定方法具有重大意義。人們借助一種對(duì)NO2-具有高靈敏度高選擇性的殼聚糖-碳納米管修飾電極可直接富集和測(cè)定水樣中的NO2-，檢測(cè)效果較好。

3.碳納米管修飾電極測(cè)定環(huán)境中有機(jī)污染物

為了測(cè)定水環(huán)境中的苯酚含量，我們采用多壁納米管修飾電極對(duì)其進(jìn)行測(cè)定。該修飾電極具有較強(qiáng)的吸附特性，苯酚存在著較強(qiáng)的富集效率。使得苯酚在修飾電極上的氧化峰電流顯著增加進(jìn)行測(cè)定。

三、展望

碳納米管修飾電極是一類新興的電極，在環(huán)境分析中有廣闊的應(yīng)用前景。如能進(jìn)一步研究碳納米管的分散劑，使碳管和分散劑的作用結(jié)合起來，利用吸附和鍵合作用于待測(cè)物質(zhì)以提高對(duì)其測(cè)定的靈敏度，必將使碳納米管修飾電極的應(yīng)用產(chǎn)生一個(gè)新的飛躍。

參考文獻(xiàn)：

[1] 姚佳良，彭紅瑞，張志琨1納米碳管的性質(zhì)及應(yīng)用技術(shù)[J]1青島化工學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，23（2）：39～43

[2] 王青，戴劍鋒，李維學(xué)，等1碳納米管的提純及表征[J]蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，32（3）：157～160

作者簡(jiǎn)介：黃永杰（1965—），女，漢族，遼寧鐵嶺市人，錦州師范學(xué)院學(xué)士，遼寧工程職業(yè)學(xué)院，高級(jí)講師，研究方向：化學(xué)。