二维球腔电极、制备方法及其在痕量铅离子检测中的应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及材料及其检测分析领域，特别是涉及一种二维球腔电极、制备方法及其在痕量铅离子检测中的应用。
【背景技术】
[0002]随着工业时代的发展，环境污染越来越严重，而重金属离子污染是其中一个重要方面，已对人类生存环境造成了极大的威胁。
[0003]铅作为一种灰白色、质软的重金属，是环境监测中的“五毒元素”之一，对人类健康和环境有严重的危害。铅以无机物或粉尘形式被吸入人体或通过水、食物经消化道侵入人体后，损害人体的消化、神经及造血等系统，目前铅酸电池的普遍使用或其他用铅的电子和机械工厂的快速发展，加速了人们对铅矿的开采和利用，由此也引发了若干次血铅事件，为了避免铅离子污染而造成的生态和生活环境破坏，加强对铅离子的检测和监测受到了人们的重视。
[0004]现今报道的微量铅的检测方法有双硫腙分光光度法、极谱法、X射线荧光光谱法(XRF)、火焰原子吸收分光光度法(FAAS)、石墨炉原子吸收分光光度法(GFAAS)、电感耦合等离子体法(ICP)等。这些方法对仪器的要求高，分析成本较高，且复杂的样品前处理过程不适宜高通量的、实时的现场筛查技术。
[0005]因此急需开发一种新的微量铅的检测方法。
【发明内容】
[0006]基于此，本发明的目的是提供一种可用于检测痕量铅离子的二维球腔电极的制备方法。
[0007]具体的技术方案如下:
[0008]—种二维球腔电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤:
[0009](I)普通玻璃预处理
[0010]采用磁控溅射方法在普通玻璃表面溅射一层均匀的金膜，再将其浸泡在异丙醇的氢氧化钠溶液中0.1-1.0h，然后洗净备用；
[0011](2)聚苯乙烯模板的制备
[0012]在步骤(I)预处理后的玻璃上平铺一层聚苯乙烯微球，室温下晾干，然后在103-110°C下加热30-45min，即在所述金膜上形成单层的聚苯乙稀模板；
[0013](3)电化学沉积
[0014]米用多电流阶跃法在聚苯乙稀球间沉积金，其中电解液是由10_14g/L的HAuCl4,4-6g/L 的 C1QH14N20sNa2.2H20，150_170g/L 的 Na2SO3, 28_32g/L 的 K2HPO4以及水组成，Pt 作为辅助电极，SCE作为参比电极，
[0015]电沉积参数设置为:第一次为单电流阶跃18-22mA，95-105ms，长晶种；然后为
4.5-5.5mA，45-55ms的300-400次电流阶跃，每次间歇时间l_3s ；
[0016](4)将步骤(3)电化学沉积后得到的电极浸泡在甲苯中除去聚苯乙烯模板，即得所述二维球腔电极。
[0017]在其中一个实施例中，所述步骤(3)中还包括如下步骤:
[0018]采用电化学沉积在金粒子表面再沉积一层二氧化硅，其中电解液为体积比0.1?I:10?30:5?30:0.I?I的四乙氧基娃烧:无水乙醇:0.lmol/L的KNO3:0.lmol/L的HCL ;沉积电位为-lOOO-lOOOmv，时间为 140_160s。
[0019]在其中一个实施例中，步骤(I)中，所述金膜的厚度为10-100nm。
[0020]在其中一个实施例中，步骤(2)中，所述聚苯乙烯模板的厚度为1000-1600nm。
[0021]本发明的另一目的是提供一种二维球腔电极。
[0022]具体的技术方案如下:
[0023]上述制备方法制备得到二维球腔电极。
[0024]本发明的另一目的是提供上述二维球腔电极的应用。
[0025]具体的技术方案如下:
[0026]上述二维球腔电极在痕量铅离子检测中的应用。
[0027]本发明的有益效果如下:
[0028]电化学检测方法具有检测灵敏度高、动力学响应范围宽、选择性好、仪器装置简单等优点，为实现污染现场环境样品中铅离子的快速定量检测提供了可行的技术手段。
[0029]微纳米电极阵列由于其具有许多不同于常规电极的优良电化学特征，例如高传质速率、高电流密度、高信噪比等，一直是电化学和分析化学的前沿领域，并在许多领域得到了广泛的应用。微纳米阵列电极是有多个微纳米电极并联组成，采用微电极阵列，既可以保持单个微电极优异性能的同时，通过并联的电极放大检测信号，又可以通过传感器的冗余来提高总的测量的可靠性。单个微纳米电极通常应是微纳米材料或具有微、纳米结构的物质，它们提供了一种微米或纳米尺度的空间，使反应受限于该微纳米空间范围内，通过控制微纳米反应器的尺寸、材质和其它因素可以获得具有特殊结构和性质的产物。常见的微纳米电极阵列的制备方法有自组装法、刻蚀法和模板法等。其中，利用规则有序的模板进行固体表面微/纳结构加工制造是近些年来发展起来的重要方法之一。以有序自组装的微/纳米粒子为模板，通过“自上而下”的化学制备方便构筑固体表面有序微/纳结构在表面微/纳结构加工中已显出独特的优势。
[0030]本专利采用电化学沉积的方法在聚苯乙烯阵列间电沉积纳米金，然后在金的表面电沉积二氧化硅，最后将聚苯乙烯模板去除，制备了有序的微电极阵列(第一类二维球腔电极)；利用微电极阵列分别对水体中的痕量铅进行检测。结果表明，二氧化硅修饰的二维金球腔电极对水体中的痕量铅具有很好的检测极限和抗干扰能力，有望应用于环境的痕量的铅进行实时现场检测。
【附图说明】
[0031 ] 图1为裸金膜电极A的SEM图；
[0032]图2为粒径为1600nm的聚苯乙烯微球修饰的溅射金后玻璃的SEM图；
[0033]图3为二维金球腔电极B的SEM图；
[0034]图4为二氧化硅修饰的二维金球腔电极C的SEM图；
[0035]图5为裸金膜电极A⑷、二维金球腔电极B⑶和二氧化硅修饰的二维金球腔电极C的XRD图；
[0036]图6为粒径为1600nm的聚苯乙烯微球修饰的ITO玻璃的SEM图；
[0037]图7为二氧化硅球腔电极的SEM图；
[0038]图8为不同条件下的二氧化硅球腔电极的SEM图；
[0039]图9为二氧化硅球腔电极在电沉积金后的SEM图；
[0040]图10为球腔电极E的SEM图；
[0041]图11为不同煅烧温度下得到的金粒子修饰的球腔电极的SEM图；
[0042]图12为电沉积/ 二氧化硅修饰ITO电极在700°C煅烧前后的XRD图；
[0043]图13为利用裸金膜电极A对Pb (II)的检测性能图；
[0044]图14为利用二维金球腔电极B对Pb (II)的检测性能图；
[0045]图15为二氧化硅修饰的二维金球腔电极C对Pb (II)的检测性能图；
[0046]图16为二氧化硅修饰的二维金球腔电极C在缓冲液体系中有无Pb(II)时的循环伏安曲线；
[0047]图17为金纳米粒子修饰的二氧化硅球腔电极D对Pb (II)的检测性能图；
[0048]图18为单晶态金纳米粒子修饰的二氧化硅球腔电极E对Pb (II)的检测性能图；
[0049]图19为二氧化硅修饰的二维金球腔电极