基于氮掺杂沥青基多孔碳的全固态离子选择性电极及制法制造技术

本发明专利技术提供一种基于氮掺杂沥青基多孔碳的全固态离子选择性电极及制法。该全固态离子选择性电极包括：电极基底、修饰于电极基底表面上的氮掺杂沥青基多孔碳固态转导层、修饰于氮掺杂沥青基多孔碳固态转导层表面上的导电聚合物层和修饰于导电聚合物层表面上的离子选择性膜层；氮掺杂沥青基多孔碳固态转导层的厚度为0.05～0.1mm；导电聚合物层的厚度为0.05～0.1mm；离子选择性膜层的厚度为0.05～0.15mm。该电极具有较佳的离子电子转化效率、导电性能和电容性能，且疏水性好、电位稳定性和可逆性强；能够大幅度提高检测的灵敏度、稳定性、可重复性；该电极制备成本低廉，操作简单，易于微型化和商业化生产。易于微型化和商业化生产。易于微型化和商业化生产。

【技术实现步骤摘要】
基于氮掺杂沥青基多孔碳的全固态离子选择性电极及制法


[0001]本专利技术属于电化学分析
，具体涉及一种基于氮掺杂沥青基多孔碳的全固态离子选择性电极及制法。

技术介绍

[0002]离子选择性电极是一种能够快速准确测定复杂样品中某种离子含量的电位型化学传感器，其原理是离子选择性膜接触待测离子能够产生与离子活度有关的膜电位。目前离子选择性电极已广泛应用于工业生产、生物医学检测、环境污染物检测等领域。
[0003]全固态离子选择性电极由于取消了内充液，克服了传统液接式离子选择性电极内充液渗漏的问题。早期全固态离子选择性电极称为覆丝电极，其用金属丝代替内参比溶液和内参比电极，制备简单、易于微型化。但这类电极直接将离子选择性膜覆盖于基底电极上面，接触面积和电容小，使得该类电极在使用过程电位稳定性差，易受外界环境的干扰，影响检测结果的准确性。
[0004]因此，为了解决这些问题，人们尝试在选择性膜和电极基底之间增加一层化学稳定性好、电容大、离子电子转换效率高的材料，称为固态转接层。研究证明含有固态转接层的全固态离子选择性电极电化学性能良好，受到了越来越多的关注。
[0005]基于多孔碳材料为固态转导层的响应机理为双电层电容，但双电层的储能原理导致碳材料的储能密度受限；目前，基于氮掺杂沥青基多孔碳的全固态离子选择性电极还未曾有过报道。

技术实现思路

[0006]基于现有技术存在的缺陷，本专利技术的第一目的在于提供一种基于氮掺杂沥青基多孔碳的全固态离子选择性电极；本专利技术的第二目的在于提供该全固态离子选择性电极的制备方法。
[0007]本专利技术的目的通过以下技术手段得以实现：
[0008]一方面，本专利技术提供一种基于氮掺杂沥青基多孔碳的全固态离子选择性电极，该全固态离子选择性电极包括：
[0009]电极基底、修饰于电极基底表面上的氮掺杂沥青基多孔碳固态转导层、修饰于氮掺杂沥青基多孔碳固态转导层表面上的导电聚合物层和修饰于导电聚合物层表面上的离子选择性膜层；
[0010]所述氮掺杂沥青基多孔碳固态转导层的厚度为0.05～0.1mm；所述导电聚合物层的厚度为0.05～0.1mm；所述离子选择性膜层的厚度为0.05～0.15mm。
[0011]传统的覆丝离子选择性电极具有抗干扰能力差、电势不稳定等缺陷；本专利技术的全固态离子选择性电极中，采用氮掺杂沥青基多孔碳作为固态转导层，通过选择含氮物质引入含氮官能团，利用此类官能团在充放电过程中的氧化还原反应能够引入额外的赝电容，提高电容性能；不仅如此，多孔碳的化学稳定性好，具有可逆的离子电子信号转换性能，同
时具备较大的比表面积，增大了与离子选择性膜的接触面积，能够提供一个理想的不可极化界面,具有高自交换电流密度。此外，本专利技术引入的导电聚合物层，其疏水性好、导电性好、电阻小。
[0012]上述的全固态离子选择性电极中，优选地，所述电极基底包括玻碳电极、碳纤维电极、铂电极或金电极，但不限于此。
[0013]上述的全固态离子选择性电极中，优选地，制备所述离子选择性膜层的原料组分包括：
[0014]溶质和5～8倍溶质总质量的溶剂；
[0015]所述溶质以质量百分比为100％计，包括：0.5％～4.0％的离子载体、27.5％～35％的聚合物、60％～70％的增塑剂、0.2％～1.5％的阳离子交换剂。
[0016]上述的全固态离子选择性电极中，优选地，所述溶剂包括四氢呋喃，但不限于此。
[0017]上述的全固态离子选择性电极中，优选地，所述的离子载体为非导电高分子聚合物。
[0018]上述的全固态离子选择性电极中，优选地，所述离子载体包括钙离子载体、钾离子载体和钠离子载体中的一种或多种。
[0019]上述的全固态离子选择性电极中，优选地，所述钙离子载体包括ETH 1001、10,19
‑
双[(十八烷基氨基甲酰基)甲氧基乙酰基]‑
1,4,7,13,16
‑
五氧杂
‑
10,19
‑
二氮杂环二十一烷、(
‑
)
‑
(R,R)
‑
N,N
′‑
二
‑
[11
‑
(乙氧羰基)十一烷基]‑
N,N
′
,4,5
‑
四甲基
‑
3,6
‑
二氧杂辛烷
‑
二酰胺、二乙基N,N
′‑
[(4R,5R)
‑
4,5
‑
二甲基
‑
1,8
‑
二氧代
‑
3,6
‑
二氧杂亚辛基]双(12
‑
甲氨基月桂酸酯)、N,N,N
′
,N
′‑
四[环己基]二甘醇酸二酰胺、N,N,N
′
,N
′‑
四环己基
‑3‑
氧杂戊二酰胺和叔丁基
‑
杯[4]芳烃四[2
‑
(二苯基磷酰基)乙醚]中的一种或多种，但不限于此。
[0020]上述的全固态离子选择性电极中，优选地，所述钾离子载体包括缬氨霉素、4
‑
叔
‑
丁基
‑
2,2,14,14
‑
四乙基取代
‑
2a,14a,二氧桥杯[4]芳烃
‑
四乙酸四叔丁酯、双[(苯并
‑
15
‑
冠
‑
5)－4
′‑
基甲基]庚二酸酯和2
‑
十二烷基
‑2‑
甲基
‑
1,3
‑
丙二基双[N
‑
[5
′‑
硝基(苯并
‑
15
‑
冠
‑
5)
‑4′‑
基]氨基甲酸酯]中的一种或多种，但不限于此。
[0021]上述的全固态离子选择性电极中，优选地，所述钠离子载体包括N,N
′
,N
″‑
三庚基
‑
N,N
′
,N
″‑
三甲基
‑
4,4
′
,4
″‑
次丙基三(3
‑
氧杂丁酰胺)、N,N
′‑
二苄基
‑
N,N
′‑
二苯基
‑
1,2
‑
苯二氧基二乙酰胺、N,N,N
′
,N
′‑
四环己基
‑
1,2
‑
苯二氧基二乙酰胺、2,3:11,12
‑
双十氢化萘基
‑
16
‑
冠
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于氮掺杂沥青基多孔碳的全固态离子选择性电极，该全固态离子选择性电极包括：电极基底、修饰于电极基底表面上的氮掺杂沥青基多孔碳固态转导层、修饰于氮掺杂沥青基多孔碳固态转导层表面上的导电聚合物层和修饰于导电聚合物层表面上的离子选择性膜层；所述氮掺杂沥青基多孔碳固态转导层的厚度为0.05～0.1mm；所述导电聚合物层的厚度为0.05～0.1mm；所述离子选择性膜层的厚度为0.05～0.15mm。2.根据权利要求1所述的全固态离子选择性电极，其中，所述电极基底包括玻碳电极、碳纤维电极、铂电极或金电极。3.根据权利要求1所述的全固态离子选择性电极，其中，制备所述离子选择性膜层的原料组分包括：溶质和5～8倍溶质总质量的溶剂；所述溶质以质量百分比为100％计，包括：0.5％～4.0％的离子载体、27.5％～35％的聚物、60％～70％的增塑剂、0.2％～1.5％的阳离子交换剂；优选地，所述溶剂包括四氢呋喃。4.根据权利要求3所述的全固态离子选择性电极，其中，所述的离子载体为非导电高分子聚合物；优选地，所述离子载体包括钙离子载体、钾离子载体和钠离子载体中的一种或多种；优选地，所述钙离子载体包括ETH 1001、10,19
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双[(十八烷基氨基甲酰基)甲氧基乙酰基]
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1,4,7,13,16
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五氧杂
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10,19
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二氮杂环二十一烷、(
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)
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(R,R)
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N,N
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二
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(乙氧羰基)十一烷基]
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N,N
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四甲基
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3,6
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二氧杂辛烷
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二酰胺、二乙基N,N
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4,5
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二甲基
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1,8
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二氧代
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3,6
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二氧杂亚辛基]双(12
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甲氨基月桂酸酯)、N,N,N
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,N
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四[环己基]二甘醇酸二酰胺、N,N,N
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,N
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四环己基
‑3‑
氧杂戊二酰胺和叔丁基
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杯[4]芳烃四[2
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(二苯基磷酰基)乙醚]中的一种或多种；优选地，所述钾离子载体包括缬氨霉素、4
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叔
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丁基
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2,2,14,14
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四乙基取代
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2a,14a,二氧桥杯[4]芳烃
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四乙酸四叔丁酯、双[(苯并
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冠
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基甲基]庚二酸酯和2
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十二烷基
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硝基(苯并
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冠
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5)
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基]氨基甲酸酯]中的一种或多种；优选地，所述钠离子载体包括N,N
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,N
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三庚基

【专利技术属性】
技术研发人员：王春霞，魏潇然，王锡民，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：