關于納米材料化學修飾電極的制備及其在環境分析中的應用分析

摘 要：化學修飾電極是當今電化學和電分析化學領域的一個熱門研究課題，而納米材料以其獨特的物理、化學性質在分析化學中已得到了廣泛的關注，二者結合產生的納米材料化學修飾電極以其高靈敏度、高選擇性和易于微型化等特點已在復雜環境體系分析、生物分析、藥物分析、臨床檢測等諸多領域引起了研究者的極大興趣。本文在提高化學修飾電極的穩定性和催化活性，拓寬其在電分析化學領域的實際應用方面具有一定價值。

關鍵詞：化學修飾電極；納米材料；環境分析

一、碳納米管修飾電極

1. 化學修飾電極的制備與分類

化學修飾電極的制備是化學修飾電極的關鍵問題，制備過程中關于修飾方法、過程步驟、制備的優劣都對化學修飾電極有著重要的影響。我們按照化學修飾電極上面固定材料的類型可以將其分為單分子層、多分子層以及組合型等三大類. [1]其中多分子層以聚合物薄膜為主。電極表面的修飾方法按照修飾類型的不同可以分為共價鍵合法、吸附法和聚合法三類。但是通常情況下我們不會使用單一的方法，而是這幾種方法組合使用完成對化學電極的修飾過程。大體的分類如圖1所示：

圖1 化學修飾電極的制備和分類

（1）共價鍵合型

我們實際生活中經常用到的固體電極如金屬、金屬氧化物以及石墨等等，表面存在著多種含氧基。我們可以對其進行氧化還原處理增加含氧基的數目，讓其與修飾化合物進行共價鍵合反應，把特定的功能基團留在電極的表面上。共價鍵合法的修飾物固定比較牢靠，但是修飾過程復雜，并且修飾效果不高。

（2）吸附型

吸附法最常見的應用是單分子層修飾電極的制備，有時也用于制備多分子層修飾電極。

（3）聚合物型

聚合物型是利用一些聚合方法方法在電極表面形成修飾膜。其中電化學聚合方法是很重要的薄膜合成法方法之一，它主要是利用氧化或者還原反應在電極上產生自由基，然后再經過縮聚反應制備該薄膜。聚合物方法形成的薄膜穩定，厚度均勻并且可控。因此在薄膜制備中得到了廣泛的應用。

2. 碳納米管修飾電極類型

納米材料表面覆蓋著的是一層非晶層，該層沒有短程序和長程序。由于原子的周圍原子很少，產生了許多懸空鍵表現出極大地極性。具有相當高的催化效率，因此其是一種很好的修飾材料，并且具有極大的潛力。現如今關于碳納米管修飾材料的研究很熱門。

鑒于碳納米管的良好的電子特性，其進行化學反應時能很好地促進電子的遷移。關于單壁和多壁的納米管都可以用來修飾電極和制備電極。其主要分為以下四種類型：

（1）碳納米管糊電極

Britto 在1996年將碳納米管調勻后導入到玻璃管中，并用導線引出，制備出來了碳糊電極。這是碳納米管在點分析中的最早應用，隨后牛津大學、清華大學等也相繼制備出了各種糊電極應用于各個領域。[2]但是上述幾種納米管普遍存在著重復性較差、壽命較短等，雖然制備過程較為簡單，但是應用受到限制。因此，人們開始便致力于應用更廣泛的碳納米管薄膜修飾。

（2）碳納米管薄膜修飾電極

碳納米管有著諸多上述優良特性，但是其的不溶性大大限制了其在碳納米管薄膜修飾電極方面的應用。碳納米管的不溶性表現為其幾乎不溶于所有溶劑。我們在制備前需要將其進行超聲分散得到懸浮體系。根據所用分散劑的不同我們分為以下幾個體系：碳納米管-有機溶劑分散體系、碳納米管-硫酸分散體系和碳納米管-表面活性劑分散體系。

二、碳納米管修飾電極在環境分析中的應用

1.碳納米管修飾電極測定環境中的重金屬陽離子

環境中的重金屬陽離子Pb2+、Cd2+、Hg2+等是重金屬污染物，嚴重危害著人們的健康發育，因此對其檢測是至關重要的。利用納米管—石墨糊電極對水體進行測定，性能穩定，使用壽命長，是一種較好的選擇。

2. 碳納米管修飾電極測定環境中的陰離子及其化合物

存在于工業廢水以及食物中的亞硝酸根離子對人來有致癌的危險，研究其相關測定方法具有重大意義。人們借助一種對NO2-具有高靈敏度高選擇性的殼聚糖-碳納米管修飾電極可直接富集和測定水樣中的NO2-，檢測效果較好。

3.碳納米管修飾電極測定環境中有機污染物

為了測定水環境中的苯酚含量，我們采用多壁納米管修飾電極對其進行測定。該修飾電極具有較強的吸附特性，苯酚存在著較強的富集效率。使得苯酚在修飾電極上的氧化峰電流顯著增加進行測定。

三、展望

碳納米管修飾電極是一類新興的電極，在環境分析中有廣闊的應用前景。如能進一步研究碳納米管的分散劑，使碳管和分散劑的作用結合起來，利用吸附和鍵合作用于待測物質以提高對其測定的靈敏度，必將使碳納米管修飾電極的應用產生一個新的飛躍。

參考文獻：

[1] 姚佳良，彭紅瑞，張志琨1納米碳管的性質及應用技術[J]1青島化工學院學報，2002，23（2）：39～43

[2] 王青，戴劍鋒，李維學，等1碳納米管的提純及表征[J]蘭州理工大學學報，2006，32（3）：157～160

作者簡介：黃永杰（1965—），女，漢族，遼寧鐵嶺市人，錦州師范學院學士，遼寧工程職業學院，高級講師，研究方向：化學。