类水滑石纳米片@ZIF-67复合材料修饰电极材料及其优点介绍
沸石咪唑骨架(ZIF)是金属有机框架(MOFs)的一种,与其它大多数MOFs相比,具有易于合成、热稳定性、和化学稳定性等优点,在气体储存、分离、化学传感和催化等方面显示出巨大的潜力。但是ZIF容易聚集成大块而导致失去孔状结构,大大降低了其电化学催化性能。如果选择合适的模板作为支架和导向剂采用外延式制备ZIF,则能避免ZIF聚集,保证其优良的电化学催化性能。
类水滑石(LDH)是一类二维层状纳米材料,因其片层携带正电荷,近年来被用于固定带负电荷的生物分子制备相应的纳米杂化物。另外,相比于其他无机基体,LDH拥有多功能的物理和化学性能,例如丰富的化学成分,可调的结构特性以及制备变量,这些固有的**性能使得LDH成为一种**的主体结构来固定分子。大量基于LDH的电化学传感器已经研究,表现出了**的灵敏度以及低的米氏常数。为了提高LDH的电化学催化性能,我们将其剥离成类水滑石纳米片(LDHNS),因而提高了其比表面积,充分暴露了其催化位点,提高了其电化学催化性能。但剥离状态的LDHNS在水介质中很容易聚集恢复成LDH大块的状态,只能以胶体溶液的形式使用,大大限制了LDH的在电化学领域的发展。
为了解决以上材料单独使用时存在的缺陷,我们通过在CoAl-LDHNS上原位生长ZIF-67,制备Co-Al ELDH@ZIF-67纳米复合物,采用该复合物对GCE进行修饰,充分发挥CoAl-LDHNS和ZIF-67作为修饰电极材料的协同作用
本实验的目的之一是提供一种类水滑石纳米片@ZIF-67复合材料修饰电极,即在甲酰胺中剥离后的类水滑石纳米片上原位生长ZIF-67制备所述CoAl-LDHNS@ZIF-67,并以该复合物制备相应的修饰电极。 本实验的目的之二是提供一种类水滑石纳米片@ZIF-67复合材料修饰电极的制备方法,其特征在于包括以下具体步骤:
(a)CoAl-LDHNS的制备 将二价金属盐Co(NO3)2·6H2O和三价金属盐Al(NO3)3·9H2O按一定的摩尔比溶于一定体积的甲酰胺中,总金属离子浓度为0.03mol/L,再用适量0.1mol/L NaOH溶液滴定,将溶液的pH调节至8.5,将得到的CoAl-LDHNS胶体溶液离心洗涤后得CoAl-LDHNS,备用;
(b)CoAl-LDHNS@ZIF-67的制备 称取1.83g步骤(a)中所得CoAl-LDHNS,置于盛有一定体积甲酰胺的烧杯中,超声4h得分散液A,再称取0.75g的二甲基咪唑溶于相同体积的甲酰胺中得溶液B,在搅拌条件下,将溶液B按一定的速度匀速滴入上述分散液A中,反应液在50℃水浴条件下反应24h,再室温老化24h,5000rpm离心10min后,用去离子水和乙醇洗涤数次,在60℃干燥过夜,得CoAl-LDHNS@ZIF-67复合材料;
(c)CoAl-LDHNS@ZIF-67复合材料修饰GCE的制备 将基底电极打磨抛光成镜面,再用超纯水超声清洗,室温自然干燥后得处理好的GCE;将步骤(b)制备得到的CoAl-LDHNS@ZIF-67复合材料超声分散于去离子水中,制备浓度为1mg/mL的分散液,取2~20μL该分散液滴涂在步骤(c)中处理好的GCE表面,室温自然干燥后即得CoAl-LDHNS@ZIF-67复合膜修饰GCE;
本实验的之三是提供一种类水滑石纳米片@ZIF-67复合材料修饰电极在检测萘酚异构体的应用。
检测方法为:
(a)以0.1mol/L pH 8.0的磷酸盐缓冲液为支持电解质,将含有不同量的α-萘酚和β-萘酚单一或二者混合的电解质溶液加入电解池中,以修饰电极为工作电极,用差分脉冲伏安法检测,分别得到α-萘酚和β-萘酚的氧化峰电流与其浓度的线性回归方程,
(b)采用同样方法测定待测样品中α-萘酚和β-萘酚的氧化峰电流,代入线性回归方程,即得待测样品中α-萘酚和β-萘酚的含量。
本实验与现有技术相比,具有如下有益效果:
(a)本**所述的类水滑石纳米片@ZIF-67复合材料是直接在甲酰胺中剥离后的类水滑石纳米片上原位生长ZIF-67制备得到,避免了LDH的剥离等繁琐步骤,制备方法简单;
(b)所述类水滑石纳米片@ZIF-67复合材料修饰电极在电催化α-萘酚和β-萘酚方面发挥了CoAl-LDHNS和ZIF-67的协同效应:ZIF-67阻止了LDHNS的聚集,增加了复合材料的活性位点和比表面积,其多孔结构提高了修饰电极对被检测物的吸附和捕获能力;
(c)所述类水滑石纳米片@ZIF-67复合材料修饰电极在对α-萘酚和β-萘酚的同时检测方面获得了较宽的线性范围(3×10-7~1.5×10-4mol/L)和较低的检测限(α-萘酚62nmol/L,β-萘酚94nmol/L),且两者的氧化峰明显分开,因此可以很好的实现对萘酚异构体的同时检测,检测方法稳定性好,灵敏度高。
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