一种纳米多孔铋及其制备方法及其应用技术

本发明专利技术属于电极材料技术领域，公开了一种纳米多孔铋及其制备方法及其应用，该纳米多孔铋表面修饰有氧化铋薄膜，可以增强材料的稳定性，使用该纳米多孔铋所制得的电极可用于重金属离子的电化学检测，并可使所制得的电极在检测过程中保持良好的循环稳定性与重现性，从而进一步优化电化学效果。同时，该纳米多孔铋的制备步骤简单，成本低廉，环境友好，可大规模生产。产。产。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米多孔铋及其制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于电极材料
，尤其涉及一种纳米多孔铋及其制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]重金属离子具有毒性高、生物蓄积性强、不可降解等特点，严重危害了水体、土壤、空气等自然环境，对人类健康造成了严重威胁。其中，有害重金属离子如铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)、砷(As)、铬(Cr)、铊(Tl)等，即使在低浓度下也会干扰人体的正常生理功能，进而引起神经、免疫、生殖和胃肠道系统紊乱和多种疾病。因此，对自然界和饮用水中重金属离子进行微量检测有助于准确评价水体污染程度，是环境科学和工程领域研究的重点和难点。
[0003]目前，重金属离子检测技术主要有原子吸收光谱(AAS)、电感耦合等离子体质谱(ICP
‑
MS)、X射线荧光光谱(XRF)等。这些分析方法各有优点，但通常设备昂贵、操作复杂、携带困难。相比之下，电化学分析得益于其操作简单、分析速度快、灵敏度高、易于在线监测等特点越来越受到人们的重视。在各种电化学检测方法中，电位法和伏安法因其灵敏度高、检出限低而被广泛应用于重金属离子的选择性测定。其中，方波阳极溶出伏安法(SWASV)可以同时快速地检测多种重金属离子，选择性好、操作方便、响应速度快，已成为一种有效的痕量金属测量方法，而电极材料的选择往往是该方法性能优劣的关键所在。
[0004]铋因其环境友好、电势窗口宽、化学稳定性高等优势，被认为是一种潜在的环保电极材料。铋复合材料可以突破铋导电性不强以及电化学检测机理单一的局限性，在保持各自优势的同时互补各自的劣势，甚至产生协同效应。但是目前相关研究仍以铋碳复合材料为主，制备路线复杂且成本高。因此，本专利技术希望对铋电极本身结构成分优化，从而得到一种结构简单、成本低廉且性能优良的新型铋电极材料。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种纳米多孔铋及其制备方法与应用，该纳米多孔铋表面修饰有氧化铋薄膜，可以增强材料的稳定性，使用该纳米多孔铋所制得的电极可用于重金属离子的电化学检测，并可使所制得的电极在检测过程中保持良好的循环稳定性与重现性，从而进一步优化电化学效果。同时，该纳米多孔铋的制备步骤简单，成本低廉，环境友好，可大规模生产。
[0006]本专利技术提供一种纳米多孔铋，所述纳米多孔铋的表面修饰有氧化铋薄膜。
[0007]所述纳米多孔铋中独特的双连续孔洞和韧带结构使其具有较高的孔隙率和比表面积，可以缩短离子电子传输路径并增大电化学反应面积，促进待测离子进行富集浓缩。而纳米多孔铋表面修饰的无定形氧化铋薄膜均匀覆着于表面，可以增强材料的稳定性，使所制得的电极在检测过程中保持良好的循环稳定性与重现性，从而进一步优化电化学效果。
[0008]本专利技术还提供了上述纳米多孔铋的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)将Bi与M混合进行熔融后制得合金块，经甩带，得到Bi
‑
M合金带；所述M为可与
碱反应的金属；
[0010](2)将所述Bi
‑
M合金带浸于碱液中进行脱合金，经洗涤、烘干，制得表面修饰有氧化铋薄膜的纳米多孔铋。
[0011]虽然理论上M金属有多种类型选择(如镁、铝等)，但不同M金属的性质不同，所制备得到纳米多孔材料的形貌结构以及表面氧化铋薄膜的形态特征均有所差异，会影响材料对待检测重金属离子的吸附能力。经脱合金操作，可使Bi
‑
M合金中的M金属溶解，形成具有双连续孔洞和韧带结构的纳米多孔铋。同时，Bi金属表面所形成的Bi(OH)3经烘干处理转变为氧化铋(Bi2O3)薄膜，可增强材料的稳定性并优化电化学效果。
[0012]优选的，所述碱液为氢氧化钠溶液。
[0013]优选的，所述脱合金时间为5
‑
20h。
[0014]优选的，所述Bi
‑
M合金带的厚度为15
‑
25μm，宽度为1
‑
3mm，长度为3
‑
5cm。
[0015]优选的，所述M为Al，所述Bi
‑
M合金带为铝铋合金带。Al金属是少数能与碱溶液反应的金属，且Al与Bi之间存在明显的化学活性差异，故为适宜的前驱体合金活泼组元，可形成形貌可控、性能优越的纳米多孔结构，并可使纳米多孔铋表面形成氧化铋薄膜。
[0016]更优选的，所述铝铋合金带由以下原子百分比的金属组成：Al 30
‑
70％，Bi余量。
[0017]进一步优选的，所述铝铋合金带由以下原子百分比的金属组成：Al 70％，Bi 30％。
[0018]本专利技术还提供了一种纳米多孔铋电极，包括上述的纳米多孔铋。
[0019]本专利技术还提供了上述纳米多孔铋电极的制备方法，包括以下步骤：
[0020]S1、将上述纳米多孔铋的粉末、粘合剂和溶剂混合进行分散，得到复合分散液；
[0021]S2、将所述复合分散液滴涂在电极上，烘干，得到所述纳米多孔铋电极。
[0022]优选的，步骤S1中所述粘合剂为萘酚溶液(Nafion溶液，全称为全氟磺酸型聚合物溶液)。更优选的，所述粘合剂为0.25wt％的萘酚溶液。
[0023]优选的，步骤S1中所述溶剂为N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)。
[0024]优选的，步骤S1所述分散为超声分散。
[0025]优选的，步骤S2中所述电极为玻碳电极。
[0026]更优选的，所述玻碳电极为经前处理后的玻碳电极，所述前处理的步骤为：将裸玻碳电极先后用颗粒粒径为1.0μm、0.3μm、0.05μm的氧化铝悬浮液抛光，再分别用硝酸、无水乙醇和去离子水超声清洗60s，烘干待用。
[0027]更优选的，所述硝酸浓度为50wt％。
[0028]本专利技术还提供了一种重金属离子检测装置，由电化学工作站、三电极体系和电解池组成；
[0029]其中，所述三电极体系为：银/氯化银电极为参比电极，铂片电极为对电极，上述纳米多孔铋电极为工作电极；所述电解池中的电解液为醋酸
–
醋酸钠溶液。
[0030]常用的参比电极有：饱和甘汞电极(SCE)、银/氯化银电极、可逆氢电极(RHE)、汞/氧化汞电极等；因银/氯化银电极电势稳定、重现性好、较少与其他离子反应，常用作检测重金属离子时的参比电极，故选用银/氯化银电极作参比电极。
[0031]常用的对电极有铂(铂丝、铂片)或者石墨电极，因石墨电极不宜在酸性和碱性电解液中混用，易造成表面腐蚀影响寿命；铂片电极电阻小、面积大、日常使用与清洁方便，故
选用铂片电极作对电极。
[0032]关于电解池中电解液的选择，前期实验中选用过PBS缓冲液、稀盐酸溶液、醋酸
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醋酸钠溶液分别作为电解液进行检测，实验表明醋酸
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醋酸钠溶液作为电解液时，检测重金属离子时的信号本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米多孔铋，其特征在于，所述纳米多孔铋的表面修饰有氧化铋薄膜。2.权利要求1所述的纳米多孔铋的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将Bi与M混合进行熔融后制得合金块，经甩带，得到Bi
‑
M合金带；所述M为可与碱反应的金属；(2)将所述Bi
‑
M合金带浸于碱液中进行脱合金，经洗涤、烘干，制得表面修饰有氧化铋薄膜的纳米多孔铋。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述Bi
‑
M合金带的厚度为15
‑
25μm，宽度为1
‑
3mm，长度为3
‑
5cm。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述M为Al，所述Bi
‑
M合金带为铝铋合金带。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述铝铋合金带由以下原子百分比的金属组成：Al 30
‑
70％，Bi余...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟，姜志宏，汪玥，吴璇，王彩云，
申请(专利权)人：澳门科技大学，
类型：发明
国别省市：