修饰的电化学传感器检测工业废水中过氧化

氢曹阳

摘 要：采用滴涂的方式将氮，磷，硫共掺杂多孔碳（N，P，S@PC）修饰到玻碳（GC）电极表面，在磷酸盐缓冲溶液中进行循环伏安表征，结果表明该修饰电极具有较好的导电性能。基于N， P， S@PC修饰的电化学传感器具有较好电催化还原过氧化氢（H2O2）性能，并用于快速、灵敏的检测工业废水中的H2O2。

关键词：N，P，S共掺杂多孔碳;电化学传感器;过氧化氢

多孔碳材料作为一种新型的碳材料，具有良好的导电性、较大的比表面积和孔体积，在电催化[1]、储氢[2]、电容器[3]和燃料电池[4]等领域显现出了巨大的潜力。N、P和S元素的共掺杂，能调节多孔碳的电子密度，增多反应的活性位点[5]，使多孔碳具有更好的电化学性能。

过氧化氢（H2O2）又称双氧水，在化工领域中可用作重要的杀菌剂、漂白剂和氧化剂[6，7]，在环保领域中可用于废水和废气处理。但是H2O2含量的超标对人体会造成一定的危害，如导致人体DNA 损伤或基因突变等[8]，因此准确测定H2O2十分重要。

将分散均匀的N，P，S共掺杂多孔碳（N，P，S@PC）滴涂于玻碳（GC）电极表面，在磷酸盐缓冲溶液中表征导电性能。N，P，S@PC修饰的电化学传感器用于电催化氧化H2O2，并用于检测环境污水中的H2O2含量。

1 实验部分

1.1 实验仪器与试剂

CHI 660C电化学工作站（上海辰华仪器公司，中国）。电极系统：修饰的GC电极为工作电极;铂丝电极做为对电极;Ag︱AgCl︱KCl（3 M）为参比电极。所有电化学实验均在室温下进行。

1/15 mol/L磷酸盐缓冲溶液为支持电解质。其他试剂均为分析纯。所有用水均为二次蒸馏水。

1.2 修饰电极制备

准确称取0.01g N，P，S@PC加入到20mL二次蒸馏水中，超声分散均匀后得到0.5mg/mL的悬浊液。GC电极分别用0.3μm和0.05μm A12O3粉末在麂皮上抛光，然后分别用二次蒸馏水和无水乙醇各超声5 min。移取5μL N，P，S悬浊液滴涂在GC电极表面，红外灯下干燥，制备N，P，S@PC/GC修饰电极。

2 结果与讨论

2.1 N，P，S@PC/GC电极电化学性能表征

图1 N，P，S@PC /GC电极（实线）

与GC（虚线）电极在支持电解质中的循环伏安图

采用循环伏安法考察了N，P，S@PC/GC电极导电性能。如图1所示，N，P，S@PC/GC电极和GC电极比较，具有更高的背景电流，这是由于N，P，S@PC具有较好的导电性能和比表面积，促进了电极的电子传导。

2.2 N，P，S@PC修饰的电化学传感器电催化氧化H2O2

图2  N，P，S@PC修饰的电化学传感器在支持电解质中

加（实线）与不加（虚线）2 mmol/L  H2O2的循环伏安图

图2表示N，P，S@PC修饰的电化学传感器加（曲线a）与不加（曲线b）H2O2的循环伏安图。由图可见，N，P，S@PC修饰的电化学传感器在加入2 mmol/L H2O2后，从0.1 V开始还原电流开始下降，说明对H2O2具有较好的电催化还原性能。

图3 应用电位为-0.28 V时，（1）GC，（2）N，P，S@PC/GC电极在支持电解质中连续加入0.4 mmol/L H2O2的电流-时间曲线

N，P，S@PC修饰的电化学传感器电催化还原H2O2性能也可用计时安培法表征。图3为在应用电位为-0.28 V时，在支持电解质中连续加入0.4 mmol/L H2O2的电流-时间曲线。加入0.4 mmol/L H2O2后，GC电极（曲线1）表现出非常小的电流响应，约为0.1 μA。N，P，S@PC修饰的电化学传感器（曲线2）的电流响应较大，约为2.5 μA这是由于N，P，S@PC对H2O2具有较好的电催化还原性能。

在应用电位-0.28V时，N，P，S@PC修饰的电化学传感器电催化还原H2O2时，在2×10-6～3×10-3mol/L范围内呈良好的线性关系，检测限为1×10-6 mol/L（信/噪 = 3），响应时间为5 s。最后，取工业排放水样，经过过滤和缓冲溶液稀释后进行检测，得到原水样H2O2含量为1.2×10-4 mol/L。

3 结论

通过滴涂的方法将N，P，S@PC修饰到GC电极，表现出较好导电性能。基于N，P，S@PC的电化学传感器具有较好电催化还原H2O2性能，并能快速、灵敏的检测工业废水中的H2O2。

参考文献：

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[2] Jiang H L， Liu B， Lan Y Q， Kuratani K， Akita T， Shioyama H， Zong FQ， Xu Q. Frommetal-organicframeworkto nanoporous carbon： Toward a very high surface area and hydrogen uptake[J]. J. Am. Chem. Soc.， 2011， 133（31）： 11854-11857.

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[8]瞿鹏，李保新，章竹君.流通式化学发光植物组织传感器测定过氧化氢[J].分析化学，2003，31（10）：1240-1243.