化学修饰电极技术及其应用

2015-03-25李江柳,赵强,邢士波

化工管理 2015年28期

关键词：玻碳共价键电位

化学修饰电极技术及其应用

李江柳赵强邢士波（山东龙泉管道工程股份有限公司，山东淄博 255000）

化学修饰电极是在玻碳或碳糊等半导体或导体电极表面涂敷了分子、离子等化学物薄膜，借法拉第反应表现出电极上修饰物薄膜的电化学性质，进而根据一定的化学或电化学反应机理，间接测定其他物质。本文对化学修饰电极制备方法及技术进行了初步探讨。

化学修饰电极；制备；技术

0 引言

化学修饰电极类型很多，包括电催化型、选择富集分离型等，它在导体或半导体制备的电极表面吸附上分子、离子或聚合物薄膜，借助法拉第电荷反应呈现出修饰物薄膜的性质，根据修饰物薄膜的导电性等化学性质，检测金属离子、生物大分子等物质。化学修饰电极在电化学分析、医药检测等领域应用十分广泛，为化学和其它学科开拓了一个全新的研究领域。

1 化学修饰电极的制备

化学修饰电极的制备在分析检测领域是关键的一步。修饰电极表面的修饰物质有金属纳米材料、碳材料、聚合物等，也可以将多种材料复合修饰。电极表面的修饰方法有滴涂法、电位沉积法、共价键合法、组合法等，其中滴涂法和组合法是相对简便的方法。

1.1 共价键修饰电极法

共价键修饰电极法是根据分子间功能基团的化学反应，将修饰剂与电极表面共价结合，从而制备得到修饰电极。修饰电极的基底制备材料主要是玻碳和热解石墨，以玻碳电极的应用最为广泛。此种方法，修饰剂在电极表面牢固，不容易脱落，检测灵敏度较高，但需注意底液的类型，防止底液对共价键的破坏。

共价键法制备修饰电极主要分两步，首先对电极表面进行预处理，通过氧化等方式引入电极表面的键合基团。例如玻碳电极的表面预处理，先将玻碳电极在一定粒度的氧化铝粉上进行抛光清洁，在空气放置或利用强氧化剂加热氧化，使裸玻碳电极表面生成羧基或羟基等含氧官能团，到此达到预处理目的。

第二步将修饰剂与电极表面键合基团进行化学反应，通过有机反应将修饰剂目标官能团键合在处理好的电极表面。通过电极表面预处理后，裸玻碳电极表面已经具有进行共价键合反应的官能团，将修饰剂与电极表面在一定条件下，进行有机化学反应，达到键合的目的。典型的键合反应为玻碳电极表面的含氧基团（如-COOH）与酰氯试剂（SOCl2）进行反应，获得电极表面的氯化物基-COCl，然后用氨基取代物进行处理，通过酰胺键将修饰剂与电极表面链接。

1.2 吸附修饰电极法

吸附分为物理吸附和化学吸附，是物质内部分子与周围相邻分子间的吸引力的作用，物质表面积越大，吸附性越好。吸附电极修饰方法分为滴涂法、单分子层吸附法、欠电位沉积法以及Langmuir - Blodgett膜法等。

滴涂法是将修饰剂溶于适当的低沸点的溶剂中，经过超声振荡使其混合均匀得到修饰剂溶液，取一定微升数的修饰剂溶液滴加在电极表面上，用红外灯照射或者静置一段时间，电极表面溶剂挥发，在电极表面形成一层修饰剂薄膜。滴涂法操作简单，可以通过修饰剂浓度以及修饰剂滴涂体积来控制电极表面修饰剂的量。

欠电位沉积法是指金属在比其热力学电位更正处发生沉积的现象。欠电位沉积方法是针对精细结构单层金属修饰电极的方法。沉积的金属单层为电极反应提供活性点，是电极上氧化还原反应的电荷转移媒介，能够在较低电位下加快电荷转移速率。此种优点，使化学修饰电极在电催化方面有广泛的应用。

Langmuir-Blodgett膜法简称LB膜法，将具有脂肪亲水基团和疏水端的双亲分子物质溶于挥发性溶剂中，一定量分散于气-水界面上，静置溶剂挥发，沿与分子垂直方向施加表面压力，使溶质分子排列形成有序的单分子薄膜，形成修饰剂薄膜，然后将薄膜转移至裸电极表面。此种方法可以根据设计者的需要，分子水平设计单分子或多分子层修饰薄膜，在电化学分析、光电转化等研究领域有广泛应用。

1.3 组合修饰电极法

组合修饰电极法是一种较为简单的制备方法，将电极材料与修饰剂以一定比例混合，并加以固定剂进行固化，制备成具有一定形状和固定面积的修饰电极。此种方法最典型的应用是碳糊电极的制备。碳糊电极是将碳粉、化学修饰剂和其它固定成分等取适量混合，超声振荡得到均匀的碳糊，碳糊粘附在介质上形成修饰碳糊电极。