一種一次性金電極的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種一次性金電極的制備方法，包括如下步驟：(1)采用ITO玻璃為基礎(chǔ)電極，固定電極面積并進(jìn)行預(yù)處理；(2)3-氨丙基三甲氧基硅氧烷薄膜的制備；(3)金溶膠的濃縮；(4)金電極的制備：將上述步驟(3)的金溶膠滴涂到步驟(2)的3-氨丙基三甲氧基硅氧烷薄膜上，室溫下晾干，即可得到一次性金電極。本發(fā)明通過將金納米顆粒負(fù)載到ITO玻璃電極上，不僅將金納米顆粒本身的高比表面積、高活性、高吸附力及高催化效率等優(yōu)異特性引入到了電極表面，而且因?qū)嶋H使用金的數(shù)量極少、成本低廉，實現(xiàn)了一次性金電極的工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說明】一種一次性金電極的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種一次性金電極的制備方法，具體涉及一種金溶膠電極的制備方法，該金溶膠電極可以用于代替各種場合的普通金電極。
【背景技術(shù)】
[0002]電化學(xué)檢測法具有靈敏度高、操作簡便、快速等特點，在分析化學(xué)領(lǐng)域發(fā)展迅速，應(yīng)用廣泛，目前已廣泛應(yīng)用于化工、冶金、環(huán)保、生物等研究領(lǐng)域以及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。在電化學(xué)分析中，電極是將溶液中待測物濃度轉(zhuǎn)換成電信號(如電位或電流)的一種傳感器。
[0003]金電極是一種常用的貴金屬電極，在電化學(xué)分析中應(yīng)用廣泛，但是由于金電極較難批量生產(chǎn)，成本高，而且使用前都需要對金電極進(jìn)行打磨、活化等預(yù)處理，繁瑣費時且重現(xiàn)性差，很大程度上限制了電化學(xué)分析法的實際應(yīng)用。
[0004]另一方面，ITO導(dǎo)電玻璃具有良好的光透性、高的導(dǎo)電性、寬的電化學(xué)工作窗口、穩(wěn)定的化學(xué)和物理性質(zhì)，其成本低廉，適合于批量制備，易于更換。因此，目前出現(xiàn)了以ITO導(dǎo)電玻璃為基礎(chǔ)的一次性金電極，用來代替現(xiàn)有的普通金電極，取得了良好的效果?，F(xiàn)有技術(shù)中，以ITO導(dǎo)電玻璃為基礎(chǔ)的一次性金電極的制備方法主要有電鍍和電沉積兩種。電鍍法類似于普通表面涂飾工藝，電沉積則是通過電化學(xué)掃描將預(yù)先合成的納米金顆粒通過靜電作用沉積至ITO表面。然而，由于電鍍和電沉積存在較明顯的局限性，如基本只能單個(或少量批次)操作，制備過程費時、重現(xiàn)性差，導(dǎo)致這兩種制備方法目前都只適合于在實驗室應(yīng)用，而難以實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
[0005]因此，開發(fā)一種成本較低、能實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，且性能優(yōu)越的一次性金電極的制備方法，具有積極的現(xiàn)實意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種一次性金電極的制備方法。
[0007]為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種一次性金電極的制備方法，包括如下步驟:
(1)采用ITO玻璃為基礎(chǔ)電極，固定電極面積并進(jìn)行預(yù)處理；
(2)3-氨丙基三甲氧基硅氧烷薄膜的制備:將3-氨丙基三甲氧基硅氧烷的乙醇溶液滴涂到上述ITO玻璃上，在密閉的條件下待溶劑揮發(fā)，得到3-氨丙基三甲氧基硅氧烷薄膜；然后在濕潤條件下放置至少3個小時；
(3)金溶膠的濃縮:將金溶膠進(jìn)行分步離心處理，首先在轉(zhuǎn)速為300(T3500r/min下離心處理10?15 min,去除大粒徑的金納米顆粒；然后在轉(zhuǎn)速為10000?15000 r/min下離心處理3(T40 min，得到粒徑均一的金溶膠；
所述金溶膠中金納米顆粒的粒徑范圍為15?20納米，其粒徑分布為g/D〈20%;
(4)金電極的制備:將上述步驟(3)的金溶膠滴涂到步驟(2)的3-氨丙基三甲氧基硅氧烷薄膜上，室溫下晾干，即可得到一次性金電極。[0008]上文中，所述步驟(1)的處理方法是現(xiàn)有技術(shù)。
[0009]所述步驟(3)中的金溶膠可以采用現(xiàn)有產(chǎn)品，也可以自己制備，例如，可以采用如下的常規(guī)制備方法:以氯金酸、檸檬酸三鈉、超純水為原料，通過磁力攪拌，加熱100°C，回流、冷卻，即可得到金溶膠；金溶膠的粒徑優(yōu)選為15~20 nm。
[0010]上述技術(shù)方案中，所述步驟(1)中，固定電極面積并進(jìn)行預(yù)處理為:將ITO玻璃裁剪成lcmX5cm的長條，然后洗滌、吹干，用絕緣膠布覆蓋住電極其余部分，留出直徑為5 mm的滴涂部位及電極尾部連接部分。
[0011]上述技術(shù)方案中，所述步驟(2)中，得到3-氨丙基三甲氧基硅氧烷薄膜；然后在濕潤條件下放置31個小時，使ITO玻璃上的單體3-氨丙基三甲氧基硅氧烷充分水解。這是為了保證沒有APTMS單體的存在，否則會使金溶膠中的納米顆粒聚集。
[0012]上述技術(shù)方案中，所述步驟(2)中，3-氨丙基三甲氧基硅氧烷的乙醇溶液中3-氨丙基三甲氧基硅氧烷的體積濃度為0.1~0.2%。優(yōu)選的，3-氨丙基三甲氧基硅氧烷的乙醇溶液中3-氨丙基二甲氧基硅氧烷的體積濃度為0.1%。
[0013]本發(fā)明同時請求保護(hù)上述制備方法得到的一次性金電極。
[0014]由于上述技術(shù)方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點:
1、本發(fā)明開發(fā)了一種新的一次性金電極的制備方法，通過將金納米顆粒負(fù)載到ITO玻璃電極上，不僅將金納米顆粒本身的高比表面積、高活性、高吸附力及高催化效率等優(yōu)異特性引入到了電極表面，得到了性能優(yōu)越的金電極，而且因?qū)嶋H使用金的數(shù)量極少、成本低廉，實現(xiàn)了一次性金電極的工 業(yè)化生產(chǎn)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中金電極預(yù)處理的繁瑣步驟，取得了顯著的效果；
2、實驗證明，采用本發(fā)明制得的一次性金電極具有良好的重現(xiàn)性，金溶膠在ITO玻璃上分布均勻且粒徑均一，有很大的有效電極面積，金電極的性能優(yōu)越，可以直接為生物分子提供載體，用于電化學(xué)生物傳感器的研究，具有良好的應(yīng)用前景；
3、本發(fā)明的制備方法簡單，采用滴涂的方法，大大縮短了電極制備的時間；且成本較低，尤其適用于工業(yè)化的批量生產(chǎn)，且得到的一次性金電極可以用于代替各種場合的普通金電極，具有積極的現(xiàn)實意義。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明實施例一的金電極的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是本發(fā)明實施例一中的制備方法步驟(4)中制備的金溶膠的TEM圖。
[0017]圖3是本發(fā)明實施例一所制備的金電極的SEM圖。
[0018]圖4是本發(fā)明實施例一所制備的金電極的重現(xiàn)性測試(循環(huán)伏安)圖。
[0019]圖5是本發(fā)明實施例一中電化學(xué)發(fā)光強度與裸電極發(fā)光對比圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明進(jìn)一步描述。
[0021]實施例一:
參見圖1飛所示，一種一次性金電極的制備方法，包括如下步驟:
(I)采用ITO玻璃為基礎(chǔ)電極，先將ITO玻璃裁剪成IcmX5cm的長條，依次用超純水、無水乙醇和lmol/L NaOH的1:1混合溶液、丙酮、乙醇、3%氨水溶液、超純水中各超聲15min洗凈，室溫下N2吹干，如圖1所示，用絕緣膠布覆蓋住電極其余部分，留出大小為Φ5πιπι滴涂部位及電極尾部連接部分；
(2)取5微升3-氨丙基三甲氧基硅氧烷(APTMS)溶液溶于4.85mL無水乙醇溶液中超聲均勻，得到0.1% APTMS乙醇溶液備用；
(3)取10微升上述APTMS乙醇溶液滴涂在預(yù)處理好的ITO電極上，在密閉的條件下待溶劑緩慢揮發(fā)，在濕潤的條件下放置3小時；
(4)金溶膠的制備:制備金溶膠的所有玻璃器皿均用王水浸洗，在99mL超純水加入ImL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為I %的HAuCl4溶液，加熱至沸騰，在劇烈攪拌下快速加入4.5mL I %的檸檬酸鈉溶液；在沸騰的情況下攪拌lOmin，這期間溶液顏色由灰一藍(lán)一紫，最后為酒紅色，移去熱源，所制備的金溶膠于4°C保存；金溶膠的TEM圖參見圖2所示；
(5)金溶膠的濃縮:將制備好的金溶膠裝入離心管，低速3000r/min離心15min,去除大顆粒物質(zhì)，再用10000r/min離心30min,棄去上清,得到粒徑均一的金溶膠濃縮液,超聲分散均勻；
所述金溶膠中金納米粒子的粒徑范圍為15?20nm，其粒徑分布為σ/D〈20% ;
(6)金電極的制備:將步驟(5)制備的金溶膠濃縮液均勻的滴涂到步驟(3)制備好的APTMS/1TO電極上，在室溫下晾干，即得到金電極。
[0022]測定上述電極的重現(xiàn)性:取五支制備好的金電極，在鐵氰化鉀溶液中以50mV/s掃描速率進(jìn)行循環(huán)伏安掃描，循環(huán)伏安圖見圖4，由圖可以看出五支電極重現(xiàn)性良好，RSD為2.1%。
[0023]上述金電極用于電化學(xué)發(fā)光分析的性能測試:將制備好的金電極作為工作電極，飽和甘汞電極為參比電極，Pt電極為輔助電極，于魯米諾濃度為10_4mol/L，pH為8.0的磷酸鹽緩沖溶液(PBS)中，施加上限電位為1.0V，下限電位為O V，周期3s，占空比為10%的矩形脈沖電位，測定所產(chǎn)生的電化學(xué)發(fā)光強度，與裸ITO電極相比，如圖5所示，發(fā)光a為金電極上的發(fā)光，發(fā)光b為裸ITO電極上的發(fā)光，本實施例中發(fā)光強度提高8倍左右；并且，在室溫保存23天后，發(fā)光強度僅衰減2.1% ;同支電極連續(xù)7個脈沖、連續(xù)7次測定和7支電極重復(fù)測定的RSD分別為0.54%，3.3%和4.1%，表明本發(fā)明的金電極的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性良好。
【權(quán)利要求】
1.一種一次性金電極的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)采用ITO玻璃為基礎(chǔ)電極，固定電極面積并進(jìn)行預(yù)處理； (2)3-氨丙基三甲氧基硅氧烷薄膜的制備:將3-氨丙基三甲氧基硅氧烷的乙醇溶液滴涂到上述ITO玻璃上，在密閉的條件下待溶劑揮發(fā)，得到3-氨丙基三甲氧基硅氧烷薄膜；然后在濕潤條件下放置至少3個小時； (3)金溶膠的濃縮:將金溶膠進(jìn)行分步離心處理，首先在轉(zhuǎn)速為300(T3500r/min下離心處理10~15 min,去除大粒徑的金納米顆粒；然后在轉(zhuǎn)速為10000~15000 r/min下離心處理3(T40 min，得到粒徑均一的金溶膠； 所述金溶膠中金納米顆粒的粒徑范圍為15~20納米，其粒徑分布為g/D〈20%; (4)金電極的制備:將上述步驟(3)的金溶膠滴涂到步驟(2)的3-氨丙基三甲氧基硅氧烷薄膜上，室溫下晾干，即可得到一次性金電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中，固定電極面積并進(jìn)行預(yù)處理為:將ITO玻璃裁剪成lcmX5cm的長條，然后洗滌、吹干，用絕緣膠布覆蓋住電極其余部分，留出直徑為5 mm的滴涂部位及電極尾部連接部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中，得到3-氨丙基三甲氧基硅氧烷薄膜；然后在濕潤條件下放置31個小時，使ITO玻璃上的單體3-氨丙基三甲氧基硅氧烷充分水解。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中，3-氨丙基三甲氧基硅氧烷的乙醇溶液中3-氨丙基三甲氧基硅氧烷的體積濃度為0.1-0.2%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法得到的一次性金電極。
【文檔編號】G01N27/30GK104034776SQ201410309685
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年7月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月1日
【發(fā)明者】屠一鋒, 楊婭, 蔣琳 申請人:蘇州大學(xué)