修飾的電化學傳感器檢測工業廢水中過氧化

氫曹陽

摘 要：采用滴涂的方式將氮，磷，硫共摻雜多孔碳（N，P，S@PC）修飾到玻碳（GC）電極表面，在磷酸鹽緩沖溶液中進行循環伏安表征，結果表明該修飾電極具有較好的導電性能。基于N， P， S@PC修飾的電化學傳感器具有較好電催化還原過氧化氫（H2O2）性能，并用于快速、靈敏的檢測工業廢水中的H2O2。

關鍵詞：N，P，S共摻雜多孔碳;電化學傳感器;過氧化氫

多孔碳材料作為一種新型的碳材料，具有良好的導電性、較大的比表面積和孔體積，在電催化[1]、儲氫[2]、電容器[3]和燃料電池[4]等領域顯現出了巨大的潛力。N、P和S元素的共摻雜，能調節多孔碳的電子密度，增多反應的活性位點[5]，使多孔碳具有更好的電化學性能。

過氧化氫（H2O2）又稱雙氧水，在化工領域中可用作重要的殺菌劑、漂白劑和氧化劑[6，7]，在環保領域中可用于廢水和廢氣處理。但是H2O2含量的超標對人體會造成一定的危害，如導致人體DNA 損傷或基因突變等[8]，因此準確測定H2O2十分重要。

將分散均勻的N，P，S共摻雜多孔碳（N，P，S@PC）滴涂于玻碳（GC）電極表面，在磷酸鹽緩沖溶液中表征導電性能。N，P，S@PC修飾的電化學傳感器用于電催化氧化H2O2，并用于檢測環境污水中的H2O2含量。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器與試劑

CHI 660C電化學工作站（上海辰華儀器公司，中國）。電極系統：修飾的GC電極為工作電極;鉑絲電極做為對電極;Ag︱AgCl︱KCl（3 M）為參比電極。所有電化學實驗均在室溫下進行。

1/15 mol/L磷酸鹽緩沖溶液為支持電解質。其他試劑均為分析純。所有用水均為二次蒸餾水。

1.2 修飾電極制備

準確稱取0.01g N，P，S@PC加入到20mL二次蒸餾水中，超聲分散均勻后得到0.5mg/mL的懸濁液。GC電極分別用0.3μm和0.05μm A12O3粉末在麂皮上拋光，然后分別用二次蒸餾水和無水乙醇各超聲5 min。移取5μL N，P，S懸濁液滴涂在GC電極表面，紅外燈下干燥，制備N，P，S@PC/GC修飾電極。

2 結果與討論

2.1 N，P，S@PC/GC電極電化學性能表征

圖1 N，P，S@PC /GC電極（實線）

與GC（虛線）電極在支持電解質中的循環伏安圖

采用循環伏安法考察了N，P，S@PC/GC電極導電性能。如圖1所示，N，P，S@PC/GC電極和GC電極比較，具有更高的背景電流，這是由于N，P，S@PC具有較好的導電性能和比表面積，促進了電極的電子傳導。

2.2 N，P，S@PC修飾的電化學傳感器電催化氧化H2O2

圖2? N，P，S@PC修飾的電化學傳感器在支持電解質中

加（實線）與不加（虛線）2 mmol/L? H2O2的循環伏安圖

圖2表示N，P，S@PC修飾的電化學傳感器加（曲線a）與不加（曲線b）H2O2的循環伏安圖。由圖可見，N，P，S@PC修飾的電化學傳感器在加入2 mmol/L H2O2后，從0.1 V開始還原電流開始下降，說明對H2O2具有較好的電催化還原性能。

圖3 應用電位為-0.28 V時，（1）GC，（2）N，P，S@PC/GC電極在支持電解質中連續加入0.4 mmol/L H2O2的電流-時間曲線

N，P，S@PC修飾的電化學傳感器電催化還原H2O2性能也可用計時安培法表征。圖3為在應用電位為-0.28 V時，在支持電解質中連續加入0.4 mmol/L H2O2的電流-時間曲線。加入0.4 mmol/L H2O2后，GC電極（曲線1）表現出非常小的電流響應，約為0.1 μA。N，P，S@PC修飾的電化學傳感器（曲線2）的電流響應較大，約為2.5 μA這是由于N，P，S@PC對H2O2具有較好的電催化還原性能。

在應用電位-0.28V時，N，P，S@PC修飾的電化學傳感器電催化還原H2O2時，在2×10-6～3×10-3mol/L范圍內呈良好的線性關系，檢測限為1×10-6 mol/L（信/噪 = 3），響應時間為5 s。最后，取工業排放水樣，經過過濾和緩沖溶液稀釋后進行檢測，得到原水樣H2O2含量為1.2×10-4 mol/L。

3 結論

通過滴涂的方法將N，P，S@PC修飾到GC電極，表現出較好導電性能。基于N，P，S@PC的電化學傳感器具有較好電催化還原H2O2性能，并能快速、靈敏的檢測工業廢水中的H2O2。

參考文獻：

[1] Song C， Du J P， Zhao J H， Feng S A， Du G X， Zhu Z P， Hierarchical porouscore-shellcarbon nanoparticles[J]. Chem. Mater， 2009， 21（8）： 1524-1530.

[2] Jiang H L， Liu B， Lan Y Q， Kuratani K， Akita T， Shioyama H， Zong FQ， Xu Q. Frommetal-organicframeworkto nanoporous carbon： Toward a very high surface area and hydrogen uptake[J]. J. Am. Chem. Soc.， 2011， 133（31）： 11854-11857.

[3] Gao W J， Wan Y， Dou Y Q， Zhao D Y. Synthesis of partially graphitic ordered mesoporous carbons with high surface areas[J]. Adv. Energy. Mater.， 2011（1）：115-123.

[4] Bang J H， Han K， Skrabalak S E， Kim H， Suslick K S， Porous carbon supports prepared by ultrasonic spray pyrolysis for direct methanol fuel cell electrodes[J]. J. Phys. Chem. C.， 2007， 111（29）： 10959-10964.

[5] Deng Y F， Xie Y， Zou K X， Ji X L， Review on recent advances in nitrogen-doped carbons： preparations and applications in supcrcapacitors[J]. J. Mater Chem. A， 2015， 4： 1144-1173.

[6]欒國顏，高維平，姚平經.國內外過氧化氫生產與應用進展[J].化工科技市場，2005，28（1）：15-19.

[7]魏西會.天然水體中過氧化氫的測定方法及其海生物地球化學行為[D].青島：中國海洋大學，2006.

[8]瞿鵬，李保新，章竹君.流通式化學發光植物組織傳感器測定過氧化氫[J].分析化學，2003，31（10）：1240-1243.