还原氧化石墨烯与聚天青A双层膜及其制备方法与应用与流程

本发明涉及一种双层膜及其制备方法，具体为一种还原氧化石墨烯与聚天青a双层膜及其制备方法与应用。

背景技术：

维生素c又名抗坏血酸(aa)，是一种广泛存在于许多生物系统和各种的蔬菜和水果中的水溶性维生素。抗坏血酸作为一种抗氧化剂经常被应用于补充人们日常膳食摄入量的不足，并且它也是一种自由基清除剂在人体新陈代谢方面发挥着重要的作用，它可以预防很多诱发疾病如癌症、帕金森氏病等。此外，人体缺乏抗坏血酸能够引起坏血病，抗坏血酸在治疗一些如阿兹海默症、动脉硬化、癌症、不孕症等的失调症以及在传染病如艾滋病的临床表现方面也起着主导作用。因此，无论是对生物体还是农工业来说，对各种天然和预加工的食品、饮料、蔬菜水果、药物和生物体液中抗坏血酸的检测显得极为重要。

多年来，人们探究测定抗坏血酸的方法有很多，比如化学发光法、光谱测定法、色谱分析法和电化学方法等。其中，前三种方法都缺乏专一性，并且在实际的检测中很容易受到其他还原剂的干扰，电化学方法因其成本低、操作简单以及高的灵敏度已被广泛应用于各种物质的检测，前些年出现的以酶为基础的电化学传感器因其稳定性低、成本高和受到很多环境条件限制而不能被广泛使用。因此，寻找一种无酶的且专一的电化学传感器是必要的。

技术实现要素：

发明目的：本发明目的是提供一种具有高电化学活性的还原氧化石墨烯与聚天青a双层膜的制备方法，本发明的另一目的是提供一种还原氧化石墨烯与聚天青a双层膜及其应用，本发明的再一目的是提供一种电化学传感器。

技术方案：本发明所述的一种还原氧化石墨烯与聚天青a双层膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)将氧化石墨烯放在去离子水中，在超声仪中进行超声，使氧化石墨烯均匀分散在去离子水中，配制1～5mg·cm^-3的氧化石墨烯分散液；

(2)在处理好的直径为2～5mm的玻碳电极表面滴上3～8μl氧化石墨烯分散液，晾干；

(3)配制ph4～7、浓度为0.1～0.5mol·l^-1的pbs溶液为第一电解液；

(4)将该第一电解液加入步骤(2)所得的玻碳电极、一铂片电极和一饱和甘汞电极参比电极构成的第一电解池中，采用循环伏安法在第一电解液中对石墨烯进行电化学还原获得电还原氧化石墨烯(rgo)，扫描电位为-1.4～0v，扫描速率为40～80mv/s，电位扫描圈数为20～100圈，40～80℃下烘干；

(5)取0.2～0.8mol.dm^-3硫酸和1～5mmol.dm^-3天青a水溶液配制第二电解液；

(6)将该第二电解液加入由还原氧化石墨烯修饰的玻碳电极、裸铂片和一饱和甘汞电极参比电极构成的第二电解池中，利用循环伏安法合成还原氧化石墨烯与聚天青a双层膜，扫描电位为-0.20～1.0v，扫描速率为40～80mv/s，电位扫描圈数为10～50圈。

一种由上述制备方法所得的还原氧化石墨烯与聚天青a双层膜。

还原氧化石墨烯与聚天青a双层膜在对抗坏血酸检测方面的应用。具体为将作为参比电极的饱和甘汞电极、作为对电极的铂片电极和上述制备的工作电极正确连接在电化学工作站上，以ph7.0、0.2mol·dm^-3pbs的缓冲溶液为底液，加入不同浓度的抗坏血酸溶液，采用循环伏安法测定相应电流值，绘制相应工作曲线。

一种电化学传感器，包括工作电极、参比电极和对电极，工作电极的基底电极为玻碳电极，玻碳电极的表面修饰还原氧化石墨烯与聚天青a双层膜。

有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著性特点：首次合成还原氧化石墨烯/聚天青a双层膜，还原氧化石墨烯与天青a双层膜具有很强附着能力，薄膜均匀、稳定；修饰电极制作时间短、方法方便控制、安全，便于生产中的实际操作；所制备的双层膜修饰电极对于抗坏血酸的检测具有高灵敏性、低的检测限、高稳定性、操作简单、检测速度快的优点，同时在多巴胺和尿酸同时存在的情况下，此双层膜修饰电极依旧对抗坏血酸具有非常好的专一性和选择性，抗干扰能力强；本发明表现出了优良的准确性、稳定性、重现性与高灵敏性，分析检测迅速、方便。

附图说明

图1是氧化石墨烯在电解液为ph5.0的0.2mol·dm^-3pbs溶液中的循环伏安图；

图2是还原氧化石墨烯修饰电极在天青a溶液中的电解图；

图3是本发明的的扫描电镜图，a、氧化石墨烯，b、还原氧化石墨烯，c、聚天青a，d、还原氧化石墨烯/聚天青a双层膜；

图4是还原氧化石墨烯/聚天青a双层膜修饰电极在0.50mol·dm^-3硫酸溶液中在不同扫描速率下的循环伏安图，曲线上的数字代表相应的扫描速率；

图5是还原氧化石墨烯/聚天青a双层膜修饰电极在ph7.0的pbs溶液中分别对0～10mmol·dm^-3抗坏血酸催化的循环伏安曲线图；

图6是还原氧化石墨烯/聚天青a双层膜修饰电极在ph7.0的0.2mol·dm^-3pbs溶液中以不同扫描速率对2.0mmol·dm^-3抗坏血酸催化的循环伏安曲线图；

图7是还原氧化石墨烯/聚天青a双层膜修饰电极传感器对抗坏血酸的电流响应曲线；

图8是多巴胺和尿酸对还原氧化石墨烯/聚天青a双层膜修饰电极传感器的抗干扰影响图。

具体实施方式

以下各实施例的天青a是上海麦克林公司产的，纯度为99％。聚天青a的反应方程式为：nc14h14cln3s→[c14h14cln3s]n。

以下各实施例的石墨粉为350目石墨粉，上海化原化工有限公司，采取改进的hummers氧化法来制备氧化石墨烯(go)，具体步骤为：

(1)对石墨粉进行预氧化：在12.5ml浓硫酸中溶解2.5g过硫酸钾与2.5g五氧化二磷，缓慢加入3.0g石墨粉，混合均匀后将其放入80℃油浴中剧烈搅拌反应6h，反应完毕后用500ml超纯水稀释静置过夜，0.22μm尼龙滤膜过滤，用超纯水洗涤至中性，40℃干燥后即得预氧化石墨烯；

(2)用冰浴将115ml浓硫酸将预氧化石墨烯冷却至0℃，剧烈搅拌中将预氧化的石墨粉缓慢加入，维持剧烈搅拌条件下将15g高锰酸钾分批次缓慢加入，并控制反应温度低于10℃；

(3)加料完毕后，移开冰水浴，随后混合液温度控制在35℃继续搅拌反应2h，再缓慢加入230ml超纯水，并保持温度在50℃以下，再继续搅拌反应2h；

(4)用700ml超纯水稀释，再加入2.5ml30％过氧化氢氧化，静置沉降一天，倾倒上层清液，将沉淀离心分离(8000r/min)，用10％的盐酸溶液充分洗涤，再用超纯水洗涤至中性；

(5)用透析袋透析一周，每一天换一次水。最后。60℃真空干燥，得到氧化石墨烯。

实施例1

制备还原氧化石墨烯/聚天青a双层膜：

原料准备：

配制第一电解液：ph4的0.1mol·dm^-3pbs溶液；

配制第二电解液：0.2mol·dm^-3硫酸和1mmol·dm^-3天青a水溶液；

配制第三电解液：ph4的0.1～0.5mol·dm^-3pbs溶液；

第一电解池的准备：采用三电极体系，裸铂片作辅助电极、饱和甘汞电极做参比电极、工作电极裸玻碳电极；

第二电解池的准备：采用三电极体系，裸铂片作辅助电极、饱和甘汞电极做参比电极、工作电极为还原氧化石墨烯修饰的玻碳电极；

第三电解池的准备：采用三电极体系，裸铂片作辅助电极、饱和甘汞电极做参比电极、工作电极为还原氧化石墨烯/聚天青a双层膜修饰的玻碳电极；

还原氧化石墨烯修饰的玻碳电极制作：在直径为2mm的玻碳电极表面滴上3μl浓度为1mg·cm^-3的氧化石墨烯分散液，自然晾干。将第一电解液加入到第一电解池中，利用循环伏安法对玻碳电极上的氧化石墨烯进行还原；其中，扫描电位为-1.4～0v，扫描速率为40mv/s，电位扫描圈数为20圈。

还原氧化石墨烯/聚天青a双层膜合成：将第二电解液加入到第二电解池中，利用循环伏安法在还原氧化石墨烯修饰的玻碳电极表面合成还原氧化石墨烯/聚天青a双层膜，其中，扫描电位为-0.2～1.0v，扫描速率为40mv/s，电位扫描圈数为10圈。

实施例2

制备还原氧化石墨烯/聚天青a双层膜：

原料准备：

配制第一电解液：ph7的0.5mol·dm^-3pbs溶液；

配制第二电解液：0.8mol·dm^-3硫酸和5mmol·dm^-3天青a水溶液；

配制第三电解液：ph7的0.5mol·dm^-3pbs溶液；

第一电解池的准备：采用三电极体系，裸铂片作辅助电极、饱和甘汞电极做参比电极、工作电极裸玻碳电极；

第二电解池的准备：采用三电极体系，裸铂片作辅助电极、饱和甘汞电极做参比电极、工作电极为还原氧化石墨烯修饰的玻碳电极；

第三电解池的准备：采用三电极体系，裸铂片作辅助电极、饱和甘汞电极做参比电极、工作电极为还原氧化石墨烯/聚天青a双层膜修饰的玻碳电极；

还原氧化石墨烯修饰的玻碳电极制作：在直径为5mm的玻碳电极表面滴上8μl浓度为5mg·cm^-3的氧化石墨烯分散液，自然晾干。将第一电解液加入到第一电解池中，利用循环伏安法对玻碳电极上的氧化石墨烯进行还原；其中，扫描电位为-1.4～0vv，扫描速率为80mv/s，电位扫描圈数为100圈。

还原氧化石墨烯/聚天青a双层膜合成：将第二电解液加入到第二电解池中，利用循环伏安法在还原氧化石墨烯修饰的玻碳电极表面合成还原氧化石墨烯/聚天青a双层膜，其中，扫描电位为-0.2～1.0v，扫描速率为80mv/s，电位扫描圈数为50圈。

实施例3

制备还原氧化石墨烯/聚天青a双层膜：

原料准备：

配制第一电解液：ph5的0.3mol·dm^-3pbs溶液；

配制第二电解液：0.5mol·dm^-3硫酸和3mmol·dm^-3天青a水溶液；

配制第三电解液：ph5的0.3mol·dm^-3pbs溶液；

第一电解池的准备：采用三电极体系，裸铂片作辅助电极、饱和甘汞电极做参比电极、工作电极裸玻碳电极；

第二电解池的准备：采用三电极体系，裸铂片作辅助电极、饱和甘汞电极做参比电极、工作电极为还原氧化石墨烯修饰的玻碳电极；

第三电解池的准备：采用三电极体系，裸铂片作辅助电极、饱和甘汞电极做参比电极、工作电极为还原氧化石墨烯/聚天青a双层膜修饰的玻碳电极；

还原氧化石墨烯修饰的玻碳电极制作：在直径为3mm的玻碳电极表面滴上5.5μl浓度为3mg·cm^-3的氧化石墨烯分散液，自然晾干。将第一电解液加入到第一电解池中，利用循环伏安法对玻碳电极上的氧化石墨烯进行还原；其中，扫描电位为-1.4～0v，扫描速率为60mv/s，电位扫描圈数为60圈。

还原氧化石墨烯/聚天青a双层膜合成：将第二电解液加入到第二电解池中，利用循环伏安法在还原氧化石墨烯修饰的玻碳电极表面合成还原氧化石墨烯/聚天青a双层膜，其中，扫描电位为-0.2～1.0v，扫描速率为60mv/s，电位扫描圈数为30圈。

实施例4

制备还原氧化石墨烯/聚天青a双层膜：

原料准备：

配制第一电解液：ph5的0.2mol·dm^-3pbs溶液；

配制第二电解液：0.3mol·dm^-3硫酸和2mmol·dm^-3天青a水溶液；

配制第三电解液：ph5的0.2mol·dm^-3pbs溶液；

第一电解池的准备：采用三电极体系，裸铂片作辅助电极、饱和甘汞电极做参比电极、工作电极裸玻碳电极；

第二电解池的准备：采用三电极体系，裸铂片作辅助电极、饱和甘汞电极做参比电极、工作电极为还原氧化石墨烯修饰的玻碳电极；

第三电解池的准备：采用三电极体系，裸铂片作辅助电极、饱和甘汞电极做参比电极、工作电极为还原氧化石墨烯/聚天青a双层膜修饰的玻碳电极；

还原氧化石墨烯修饰的玻碳电极制作：在直径为3mm的玻碳电极表面滴上4μl浓度为2mg·cm^-3的氧化石墨烯分散液，自然晾干。将第一电解液加入到第一电解池中，利用循环伏安法对玻碳电极上的氧化石墨烯进行还原；其中，扫描电位为-1.4～0v，扫描速率为45mv/s，电位扫描圈数为35圈。

还原氧化石墨烯/聚天青a双层膜合成：将第二电解液加入到第二电解池中，利用循环伏安法在还原氧化石墨烯修饰的玻碳电极表面合成还原氧化石墨烯/聚天青a双层膜，其中，扫描电位为-0.2～1.0v，扫描速率为45mv/s，电位扫描圈数为20圈。

将氧化石墨烯在实施例4的pbs电解液中进行循环伏安测试，其结果如图1，可以看到在负扫时-1.05v处出现了明显的还原峰，这说明氧化石墨烯上的含氧官能团(羟基、羧基、环氧基等)正在被还原。而且随着扫描圈数的增多，还原峰的峰电流越来越小，直到还原峰基本消失，这也说明了氧化石墨烯中的含氧官能团正在不断减少，而且该电化学还原氧化石墨烯的过程是一个不可逆的过程。

图2为聚天青a在还原氧化石墨烯修饰电极上的电合成循环伏安曲线，从图中可以看出，在0.15v左右出现一个小的阳极峰，在0.16v出现一个小的还原峰。随着扫描次数的增加，阳极峰电流向正方向移动且峰电流逐渐增加。以上结果表明聚天青a膜在不断地生长。电解后，在工作电极上获得还原氧化石墨烯/聚天青a双层膜。

从图3a可以看出，氧化石墨烯表现出一个明显的层状堆叠和褶皱的貌；从图3b可以看到，电化学还原氧化石墨烯拥有像其他方法制备的石墨烯一样经典的褶皱形貌，但跟氧化石墨烯相比，堆积明显减少，这也说明氧化石墨烯被成功的还原成还原氧化石墨烯；从3c的聚天青a及图3d的还原氧化石墨烯/聚天青a双层膜的扫描电镜图可知，聚天青a膜的表面形貌是由微纳米尺寸的光滑的颗粒及其聚集体构成，双层膜主要为表面粗糙的块状突起结构组成。以上结果表明，成功制备了还原氧化石墨烯/聚天青a双层膜。

实施例5

制备还原氧化石墨烯/聚天青a双层膜：

原料准备：

配制第一电解液：ph6的0.4mol·dm^-3pbs溶液；

配制第二电解液：0.7mol·dm^-3硫酸和4mmol·dm^-3天青a水溶液；

配制第三电解液：ph6的0.4mol·dm^-3pbs溶液；

第一电解池的准备：采用三电极体系，裸铂片作辅助电极、饱和甘汞电极做参比电极、工作电极裸玻碳电极；

第二电解池的准备：采用三电极体系，裸铂片作辅助电极、饱和甘汞电极做参比电极、工作电极为还原氧化石墨烯修饰的玻碳电极；

第三电解池的准备：采用三电极体系，裸铂片作辅助电极、饱和甘汞电极做参比电极、工作电极为还原氧化石墨烯/聚天青a双层膜修饰的玻碳电极；

还原氧化石墨烯修饰的玻碳电极制作：在直径为4mm的玻碳电极表面滴上7μl浓度为4mg·cm^-3的氧化石墨烯分散液，自然晾干。将第一电解液加入到第一电解池中，利用循环伏安法对玻碳电极上的氧化石墨烯进行还原；其中，扫描电位为-1.4～0v，扫描速率为70mv/s，电位扫描圈数为80圈。

还原氧化石墨烯/聚天青a双层膜合成：将第二电解液加入到第二电解池中，利用循环伏安法在还原氧化石墨烯修饰的玻碳电极表面合成还原氧化石墨烯/聚天青a双层膜，其中，扫描电位为-0.2～1.0v，扫描速率为70mv/s，电位扫描圈数为40圈。

实施例6

制备还原氧化石墨烯/聚天青a双层膜：

原料准备：氧化石墨烯分散液、pbs缓冲液、无水硫酸钠、浓硫酸、天青a。

配制第一电解液：ph7的0.2mol·dm^-3pbs溶液；

配制第二电解液：0.5mol·dm^-3硫酸和4mmol·dm^-3天青a水溶液；

配制第三电解液：ph7的0.2mol·dm^-3pbs溶液；

第一电解池的准备：采用三电极体系，裸铂片作辅助电极、饱和甘汞电极做参比电极、工作电极裸玻碳电极；

第二电解池的准备：采用三电极体系，裸铂片作辅助电极、饱和甘汞电极做参比电极、工作电极为还原氧化石墨烯修饰的玻碳电极；

第三电解池的准备：采用三电极体系，裸铂片作辅助电极、饱和甘汞电极做参比电极、工作电极为还原氧化石墨烯/聚天青a双层膜修饰的玻碳电极；

还原氧化石墨烯修饰的玻碳电极制作：在直径为3mm的玻碳电极表面滴上5μl氧化石墨烯分散液，自然晾干。将第一电解液加入到第一电解池中，利用循环伏安法对玻碳电极上的氧化石墨烯进行还原；其中，扫描电位为-1.4～0v扫描速率为50mv/s，电位扫描圈数为25圈。

还原氧化石墨烯/聚天青a双层膜合成：将第二电解液加入到第二电解池中，利用循环伏安法在还原氧化石墨烯修饰的玻碳电极表面合成还原氧化石墨烯/聚天青a双层膜，其中，扫描电位为-0.2～1.0v(vs.sce)，扫描圈数为30圈，扫描速率为60mv/s。

将实施例6中所制得的还原氧化石墨烯/聚天青a双层膜修饰电极在0.50mol·dm^-3硫酸溶液中在不同扫描速率下进行循环伏安测试，如图4，曲线上的数字为相应的扫速，可以看出还原氧化石墨烯/聚天青a双层膜修饰电极在硫酸溶液中出现一对氧化还原峰，并且氧化还原峰的电流也随着扫描速率的增大而增大，峰电位也基本保持不变，这就说明该复合电极具有较好的电化学可逆性。

对抗坏血酸的检测：将第三电解液加入到第三电解池中再加入不同浓度的抗坏血酸，利用循环伏安法和计时电流法测定相应电流值，绘制相应工作曲线，其中，设置扫描电位为-0.8～0.8v，扫描速率设为50mv·s^-1，计时电流法操作电压为0.3v。图5为实施例6中的还原氧化石墨烯/聚天青a双层膜修饰电极在ph7.0的0.20mol·dm^-3pbs溶液中分别对0、2、4、6、8、10mol·dm^-3的抗坏血酸检测的循环伏安图，曲线上的数字为相应抗坏血酸的浓度，可以看出从图中可以观察到，曲线0是在pbs溶液中没有加入抗坏血酸时，只在-0.2和-0.3v出现一对氧化还原峰，随着抗坏血酸的加入，此处的还原峰没有发生任何改变，只有在0.15v左右由于氧化抗坏血酸出现的一个不可逆的氧化峰，并且氧化峰的峰电流随着加入抗坏血酸浓度的增加而提高相应的数值，这也表明石墨烯/聚天青a双层膜修饰电极对抗坏血酸的催化氧化作用是随着抗坏血酸浓度的增加而逐渐增强的，这说明在实际的定量分析中，该复合电极可以被用于对抗坏血酸的检测。图6为实施例6中的还原氧化石墨烯/聚天青a双层膜修饰电极在ph7.0的0.20mol·dm^-3pbs溶液中分别对2mol·dm^-3的抗坏血酸不同扫速的循环伏安图，曲线上的数字为相应的扫速，可以看出随着扫描速率的不断增大，峰电流也在不断地增大，并且峰电位逐渐正移，这说明该复合电极对抗坏血酸具有良好的催化氧化性能，而且氧化抗坏血酸的电极过程是不可逆的。图7为实施例6中的还原氧化石墨烯/聚天青a双层膜修饰电极在ph7.0的0.20mol·dm^-3pbs溶液中检测抗坏血酸的电流响应曲线，可以看出每次滴加抗坏血酸时，电流值都产生变化，过2s左右，电流值保持平稳，表明该复合物修饰电极能够快速地对抗坏血酸产生电流响应。这主要归因于还原氧化石墨烯的加入提高了复合电极的电子转移速率。

抗干扰测试：将第三电解液加入到第三电解池中，分别加入抗坏血酸、多巴胺和尿素利用计时电流法进行测定电流值来来测试还原氧化石墨烯/聚天青a双层膜修饰电极传感器的抗干扰性。图8为实施例6中的还原氧化石墨烯/聚天青a双层膜修饰电极对所加入的多巴胺和尿酸以及抗坏血酸在ph7.0的0.2mol·dm^-3pbs溶液中的响应电流曲线，可以看出干扰物质的加入不会引起响应电流的显著变化，这就说明还原氧化石墨烯/聚天青a修饰电极对抗坏血酸的检测的选择性很高。