一种石墨烯-纳米金水凝胶电极的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯-纳米金水凝胶电极的制备方法，包括如下步骤：(1)制备氧化石墨烯水溶液；(2)制作石墨烯-纳米金水凝胶电极的外壳；(3)在上述外壳中加入氧化石墨烯水溶液、氯金酸和硼氢化钠制备石墨烯-纳米金水凝胶电极。本发明专利技术的制备方法在氧化石墨烯凝胶中引入纳米金颗粒，使所制得的石墨烯-纳米金水凝胶电极的导电性显著提高，同时纳米金还可以提供巯基化生物探针的结合位点，把探针固定在水凝胶电极中，有利于电极的生物检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电化学
，具体涉及一种石墨烯-纳米金水凝胶电极的制备方法。
技术介绍
石墨烯、氧化石墨烯及其还原产物所带的电荷使其具有良好的分散性，同时还能够作为功能构筑单元，通过非共价作用，如范德华力、氢键、π-π作用、静电作用等，自组装或与其他功能构筑单元共组装形成水凝胶；也有借助多孔氧化铝与氧化石墨烯水溶液间强烈的固液界面作用，促使氧化石墨烯在氧化铝表面迅速富集，形成氧化石墨烯水凝胶(Chem.Commun.,2011,47:5771-5773)。另外，利用DNA与氧化石墨烯之间的非共价作用，原位交联氧化石墨烯，制备的氧化石墨烯/DNA水凝胶力学强度高、稳定性好、吸附力强(J.Phys.Chem.C.,2011,115:5545-5551)。氧化石墨烯水凝胶电极可以用于生物大分子，如DNA的超灵敏检测(Adv.Funct.Mater.2014,24,6905–6913)，但现有技术中的氧化石墨烯水凝胶电极的导电性仍然不甚理想。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种石墨烯-纳米金水凝胶电极的制备方法。本专利技术的原理如下：本专利技术的具体技术方案如下：一种石墨烯-纳米金水凝胶电极的制备方法，包括如下步骤：(1)制备氧化石墨烯水溶液：a、将天然石墨粉和硝酸钠在冰浴条件下与浓硫酸混合均匀；b、将高锰酸钾逐次缓慢加入到上述步骤a的物料中，保持物料的温度低于20℃并搅拌2～3h，然后于35℃继续反应30～35min，接着向物料中逐次缓慢加入去离子水，将温度升至95℃继续反应3～4h，加入纯水终止反应，同时加入30％H2O2，冷却至室温；c、将步骤b所得物料进行抽滤，得滤饼；d、依次用盐酸水溶液和纯水洗涤上述滤饼，以除去残留的金属离子和盐酸，再将洗涤后的滤饼重新分散在水中，1800～2500rpm离心去除未被氧化的石墨，得清液；e、将清液进行超声处理以实现完全分散，3800～4200rpm离心除去未剥离的氧化石墨，再7500～8500rpm离心，收集沉淀；f、将上述沉淀重新分散在纯水中透析，以除去残留的盐，即得分散均匀的氧化石墨烯水溶液；(2)制作石墨烯-纳米金水凝胶电极的外壳，该外壳具有一供导电丝贯穿的通孔，并暂时密封该通孔；(3)在上述外壳中注入步骤(1)制得的氧化石墨烯溶液、4～6mg/mL的HAuCl4溶液和1.8～2.2mM/L的NaBH4溶液，混合均匀并避免气泡产生，然后于93～95℃、450～520rpm加热涡旋8～11min，冷却至室温，将导电丝通过所述通孔插入外壳中，即得所述石墨烯-纳米金水凝胶电极，上述氧化石墨烯溶液、HAuCl4溶液和NaBH4溶液的体积比为3～7:0.3～0.6:0.1～0.2。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述步骤(1)中天然石墨粉、硝酸钠、浓硫酸、高锰酸钾、去离子水和30％H2O2的比例为1.5～2.5g:0.8～1.2g:44～47mL:5～7g:90～95mL:5～7mL。进一步优选的，所述步骤(1)中天然石墨粉、硝酸钠、浓硫酸、高锰酸钾、去离子水和30％H2O2的比例为2g:1g:46mL:6g:92mL:6mL。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述步骤d的离心为2000rpm，时间为10min。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述步骤e为：将清液进行超声处理以实现完全分散，4000rpm离心20min除去未剥离的氧化石墨，再8000rpm离心20min，收集沉淀。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述导电丝的材质为铜。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述步骤(3)为：在上述外壳中注入步骤(1)制得的氧化石墨烯溶液、5mg/mL的HAuCl4溶液和2mM/L的NaBH4溶液，混合均匀并避免气泡产生，然后于95℃、500rpm加热涡旋10min，冷却至室温，即得所述石墨烯-纳米金水凝胶电极。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述氧化石墨烯溶液、HAuCl4溶液和NaBH4溶液的体积比为5:0.5:0.1。本专利技术的有益效果是：本专利技术的制备方法在氧化石墨烯凝胶中引入纳米金颗粒，使所制得的石墨烯-纳米金水凝胶电极的导电性显著提高，同时纳米金还可以提供巯基化生物探针的结合位点，把探针固定在水凝胶电极中，有利于电极的生物检测。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的石墨烯-纳米金水凝胶电极的照片。图2为第二对比电极的水凝胶的扫描电镜照片。图3为本专利技术实施例1制备的石墨烯-纳米金水凝胶电极的水凝胶的扫描电镜照片。图4为本专利技术实施例1制备的石墨烯-纳米金水凝胶电极、第一对比电极和第二对比电极的EIS对比图谱。具体实施方式以下通过具体实施方式结合附图对本专利技术的技术方案进行进一步的说明和描述。实施例1(1)制备氧化石墨烯水溶液：a、将2g天然石墨粉和1g硝酸钠加入烧瓶，在冰浴条件下与46mL浓硫酸混合均匀；b、将6g高锰酸钾逐次缓慢加入到上述步骤a的物料中，保持物料的温度低于20℃并搅拌2h，然后于35℃继续反应30min，接着向物料中逐次缓慢加入92mL去离子水，将温度升至95℃继续反应3h，加入400mL纯水终止反应，同时加入6mL30％H2O2，冷却至室温；c、将步骤b所得物料进行抽滤，得滤饼；d、依次用100mL盐酸水溶液(盐酸:水＝1:10)和大量纯水反复洗涤上述滤饼，以除去残留的金属离子和盐酸，再将洗涤后的滤饼重新分散在水中，2000rpm离心10min去除未被氧化的石墨，得清液；e、将清液进行超声处理8h以实现完全分散，4000rpm离心20min除去未剥离的氧化石墨，再8000rpm离心20min，收集沉淀；f、将上述沉淀重新分散在纯水中透析，以除去残留的盐，即得分散均匀的氧化石墨烯水溶液；(2)制作石墨烯-纳米金水凝胶电极的外壳，该外壳具有一供导电丝贯穿的通孔，具体如下：在2mL的离心管底部用铜丝打一个孔，然后用保鲜膜包住，再用橡皮筋绑住；(3)在上述离心管中注入步骤(1)制得的氧化石墨烯溶液0.5mL、5mg/mL的HAuCl4溶液0.05mL和2mM/L的NaBH4溶液0.01mL，防止溅到管壁上，用移液器温和混合均匀，避免气泡产生，然后于95℃、500rpm加热涡旋10min，冷却至室温，取下橡皮筋和保鲜膜，在管底部插进铜丝，即得所述石墨烯-纳米金水凝胶电极(如图1所示)。按上述步骤制备第一对比电极和第二对比电极，差别在于：第一对比电极未加入氯金酸和硼氢化钠，第二对比电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯‑纳米金水凝胶电极的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)制备氧化石墨烯水溶液：a、将天然石墨粉和硝酸钠在冰浴条件下与浓硫酸混合均匀；b、将高锰酸钾逐次缓慢加入到上述步骤a的物料中，保持物料的温度低于20℃并搅拌2～3h，然后于35℃继续反应30～35min，接着向物料中逐次缓慢加入去离子水，将温度升至95℃继续反应3～4h，加入纯水终止反应，同时加入30％H2O2，冷却至室温；c、将步骤b所得物料进行抽滤，得滤饼；d、依次用盐酸水溶液和纯水洗涤上述滤饼，以除去残留的金属离子和盐酸，再将洗涤后的滤饼重新分散在水中，1800～2500rpm离心去除未被氧化的石墨，得清液；e、将清液进行超声处理以实现完全分散，3800～4200rpm离心除去未剥离的氧化石墨，再7500～8500rpm离心，收集沉淀；f、将上述沉淀重新分散在纯水中透析，以除去残留的盐，即得分散均匀的氧化石墨烯水溶液；(2)制作石墨烯‑纳米金水凝胶电极的外壳，该外壳具有一供导电丝贯穿的通孔，并暂时密封该通孔；(3)在上述外壳中注入步骤(1)制得的氧化石墨烯溶液、4～6mg/mL的HAuCl4溶液和1.8～2.2mM/L的NaBH4溶液，混合均匀并避免气泡产生，然后于93～95℃、450～520rpm加热涡旋8～11min，冷却至室温，将导电丝通过所述通孔插入外壳中，即得所述石墨烯‑纳米金水凝胶电极，上述氧化石墨烯溶液、HAuCl4溶液和NaBH4溶液的体积比为3～7:0.3～0.6:0.1～0.2。...

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯-纳米金水凝胶电极的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)制备氧化石墨烯水溶液：
a、将天然石墨粉和硝酸钠在冰浴条件下与浓硫酸混合均匀；
b、将高锰酸钾逐次缓慢加入到上述步骤a的物料中，保持物料的温度低于20℃并搅
拌2～3h，然后于35℃继续反应30～35min，接着向物料中逐次缓慢加入去离子水，将温度
升至95℃继续反应3～4h，加入纯水终止反应，同时加入30％H2O2，冷却至室温；
c、将步骤b所得物料进行抽滤，得滤饼；
d、依次用盐酸水溶液和纯水洗涤上述滤饼，以除去残留的金属离子和盐酸，再将洗
涤后的滤饼重新分散在水中，1800～2500rpm离心去除未被氧化的石墨，得清液；
e、将清液进行超声处理以实现完全分散，3800～4200rpm离心除去未剥离的氧化石墨，
再7500～8500rpm离心，收集沉淀；
f、将上述沉淀重新分散在纯水中透析，以除去残留的盐，即得分散均匀的氧化石墨
烯水溶液；
(2)制作石墨烯-纳米金水凝胶电极的外壳，该外壳具有一供导电丝贯穿的通孔，并
暂时密封该通孔；
(3)在上述外壳中注入步骤(1)制得的氧化石墨烯溶液、4～6mg/mL的HAuCl4溶
液和1.8～2.2mM/L的NaBH4溶液，混合均匀并避免气泡产生，然后于93～95℃、450～520
rpm加热涡旋8～11min，冷却至室温，将导电丝通过所述通孔插入外壳中，即得所述石墨
烯-纳米金水凝胶电极，上述氧化石墨烯溶液、HAuCl4溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙莉萍，钟勇，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建;35