几种离子液体和石墨烯修饰电极电化学与电催化性能的比较.pdfVIP

几种离子液体与石墨烯修饰电极电化学和电催化性能的比较 杜萌 杨涛 马苏艳 焦奎* （青岛科技大学化学与分子工程学院，青岛 266042 ） *联系人：Tel ：0532Email ：kjiao@qust.edu.cn 在化学分析和电化学生物传感方面，离子液体因其广泛的电化学信号窗口， 微小的蒸气压，高电子传导率和良好的溶解性，已经引起了广泛的关注[1,2] 。离 子液体被用来作为电极表面的修饰剂或离子液体/碳复合电极的粘合剂，主要包 括碳/离子液体电极、离子液体功能化的碳纳米管和离子液体功能化的石墨烯。 牛利研究小组报道了离子液体功能化的石墨烯对不同的化合物如烟酰胺腺嘌呤 二核苷酸(NADH)、乙醇和葡萄糖的直接电化学检测[3, 4] 。结果证明，离子液体功 能化的石墨烯拥有良好的分散性和在多种溶剂中长时间的稳定性，能够提高检测 灵敏度并且能够催化多种生物分子的氧化还原。 本文以碳糊电极为基底电极，离子液体和石墨烯为修饰物，分别构建石墨烯 (graphene) 电极，碳离子液体电极(CILE) ，离子液体-石墨烯(IL-graphene) 电极。 通过比较几种电极对铁氰化钾、多巴胺、鸟嘌呤、腺嘌呤的电化学活性，从中选 出最佳的材料组合方案。把电化学性能最佳的修饰电极用于DNA 特定序列的检 [5-7] 测 。 首先用改进的Hummers法制备氧化石墨，氧化石墨超声分散即得到氧化石墨 [8] 烯 ，在氧化石墨烯中加入氢氧化钾溶液在80 ℃下反应12小时后，得到graphene 。 [9] IL-graphene是根据文献 的方法制备的。将石蜡和石墨粉按质量比1:3混合，然后 装入洁净的玻璃管中插入铜丝作为导线，制得碳糊电极，记为CPE 。将离子液体 和石墨粉以质量比为1:4的比例混合均匀，将混合物填入玻璃管中压实，内插铜 线作为导线，即可得到碳离子液体电极，记为CILE 。在碳糊电极的表面滴加石 墨烯悬浮液，自然状况下晾干得到石墨烯修饰电极，记为graphene/CPE 。在碳糊 电极的表面滴加IL-graphene悬浮液，自然晾干得到IL-graphene修饰电极，记为 IL-graphene/CPE 。 图1为铁氰化钾在不同修饰电极上的循环伏安图。曲线a为铁氰化钾在CPE上 的循环伏安曲线，得到一对不可逆的氧化还原峰，这是由于碳糊电极低的电子传 导率导致的。曲线b为铁氰化钾在CILE上的循环伏安曲线，得到一对较好的氧还 峰且电位差较小，比较曲线a和曲线b 的峰电流，曲线b 的还原峰电流ipc和氧化峰 电流ipa 分别较曲线a均有较大的增加。这表明离子液体掺杂到碳糊电极里之后， 能够大大增加电极的导电性。曲线c为铁氰化钾在graphene/CPE上的循环伏安曲 线，其峰电流响应信号同样比碳糊电极要大，这表明石墨烯电极的电子传递速率 比碳糊电极显著加快，这主要是因为石墨烯的网状sp2杂化可以提高电传导率。 曲线d为铁氰化钾在IL-graphene/CPE上的循环伏安曲线，曲线d 的峰电流较其他几 条曲线有明显的增加，这充分说明石墨烯-离子液体修饰电极具有良好的导电性。 以上实验不仅显现出离子液体-石墨烯电极与石墨烯电极和碳离子液体电极相比 的优势，同时显现出离子液体-石墨烯电极作为新型电化学传感平台的巨大潜力。 图2 是不同浓度的DNA 序列(5′-ACT ACC TTT GC-3′)在IL-graphene/CPE 上 的微分脉冲伏安图。DNA 浓度从 2.0 µmol L -1 增加到 10.0 µmol L -1 。从图中可以 看出，随着 DNA 序列浓度的增加，鸟嘌呤和腺嘌呤的氧化峰的信号也随之增加。 氧化峰电流与 DNA 浓度呈线性关系，线性回归方程分别为 Ip (10−7 A) = 1.434 C (10−5 mol L−1) + 1.071 (R = 0.993)和 I (10−6 A) = 1.035 C (10−5 mol L−1) + 1.029 (R p = 0.996) 。 -1 3-/4-- -1 图 1 1.0 mmol L [Fe(CN) ] 于 1.0 mol L