CN108414591B - 一种电极及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电极，电极的电极载体附着有贵金属组合物，贵金属组合物包含贵金属、聚乳酸改性的聚碳酸酯共聚物(PPC/PLA)、氧化石墨烯；贵金属组合物中各成分按重量百分含量计：贵金属10～20％，聚乳酸改性的聚碳酸酯共聚物(PPC/PLA)40～60％，氧化石墨烯20～50％；所述贵金属为金、银、铂、钯、锇、铱中的一种或其多种的合金；所述贵金属的粒径为10～500nm，所述PPC/PLA的重均分子量为：Mw＝10,000～800,000。本发明公开的附着有上述贵金属组合物的电极具有导电性能良好、电阻低等优点。

Description

一种电极及其应用
本申请是申请号为201510567167.0、申请日为2015年09月08日、发明创造名称为“一种贵金属组合物及其应用”的专利的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种贵金属组合物及其应用，进一步涉及一种可用于制备电化学传感器电极的贵金属组合物，属于电化学领域。
背景技术
金、银、铂等贵金属材料电极上对有机小分子的电催化氧化明显，因此，贵金属电极常用作有机小分子的检测。用以贵金属电极为工作电极的电化学传感器在检测痕量有机小分子时，具有检测速度快，检测限低等特点，比液相色谱法要方便得多，但检测结果是一致的。
徐敏敏在《贵金属纳米结构和电极的表面性质及SERS研究》指出纳米贵金属由于表面效应，而具有很大的比表面积，可以催化加快化学反应。因此纳米贵金属用作电极时，反应效率会更高，但是被小尺寸限制的贵金属原子簇熔点大大降低，有时甚至不能稳定存在。
纳米贵金属在涂覆到载体制作电极的过程中，不能准确、均匀地涂覆，从而造成了贵金属的巨大浪费，也不能更好地发挥其降低电阻、提高电化学传感器效率的作用。
发明内容
基于现有技术的缺陷，本发明的第一目的是，提供一种贵金属组合物。
一种贵金属组合物，包含贵金属、聚乳酸改性的聚碳酸酯共聚物(PPC/PLA)、氧化石墨烯。
所述贵金属为金、银、铂、钯、锇、铱中的一种或其多种的合金。
所述贵金属的粒径为10～500nm，优选50～250nm，更优选100nm，目的是增加电极的导电效率，粒径太小会使得纳米级的金属颗粒熔点降低，从而在还原氧化石墨烯过程中熔化，不能保持其原有粒径。
所述PPC/PLA的重均分子量为：Mw＝10,000～800,000；优选地，Mw＝60,000～500,000；更优选地，Mw＝300,000。加入PPC/PLA目的是通过高温分解将贵金属均匀分散，从而获得电阻率低的电极。
测得PPC/PLA热分解温度为：90～320℃。
组合物中加入氧化石墨烯，目的是还原为石墨烯，通过增加导电比表面积、并与部分纳米贵金属结合增强导电效果，同时通过还原反应促进未完全分解的PPC/PLA完全分解。
本发明还提供贵金属组合物中各成分的百分比含量，各种成分按重量百分含量计为：贵金属10～20％，聚乳酸改性的聚碳酸酯共聚物(PPC/PLA)40～60％，氧化石墨烯20～50％。
优选地，各种成分按重量百分含量计为：贵金属12～18％，聚乳酸改性的聚碳酸酯共聚物(PPC/PLA)45～55％，氧化石墨烯27～43％。
更进一步优选地，各种成分按重量百分含量计为：贵金属16％，聚乳酸改性的聚碳酸酯共聚物(PPC/PLA)50％，氧化石墨烯34％。
本发明的第二目的是提供一种贵金属组合物的应用方法，所述组合物在特定条件下，可以附着在电极载体上，从而修饰并改进电极。
利用V型混合机将平均粒径10～500nm的贵金属颗粒和重均分子量(Mw)为10,000～800,000的聚乳酸改性的聚碳酸酯共聚物(PPC/PLA)混合均匀，将该混合粉末利用高频感应热等离子体装置在氩气氛围下放出至等离子体气氛中，利用过滤器回收所产生的微粉，即得到复合粒子。向复合粒子中添加氧化石墨烯，利用行星式磨机充分混合，得到混合粉末。将混合粉末干燥后，在500～950℃下加热0.5～2.5小时，具体方式为：马弗炉先加热到950℃以上，再降温到设定温度，在氩气的保护下加入氧化石墨烯，期间不间断地冲入氩气，反应过程中，根据需要可适时将电极载体置于出口处，以制得不同规格的电极。
所述贵金属、PPC/PLA、氧化石墨烯的用量按上述贵金属组合物的重量百分含量来配比。
所述优选的反应温度为700～920℃，更进一步优选的温度为850℃。
所述优选的加热时间为1～2h，更进一步优选的加热时间为1.5h。
本发明的第三目的是提供一种由本发明涉及的贵金属组合物构成的电极构建的电化学传感器。
本发明所涉及的贵金属组合物控制了纳米贵金属的粒径尺寸防止其在高温下熔融，保持了其纳米特性。本发明在电极制备过程中减少了贵金属的用量，提高了贵金属的利用效率，混合有纳米贵金属与氧化石墨烯的聚乳酸改性的聚碳酸酯共聚物(PPC/PLA)通过高温分解，将一部分贵金属均匀地涂覆在电极载体上，另一部分贵金属均匀地涂覆在还原后的氧化石墨烯(石墨烯)上，充分发挥石墨烯的高比表面积与良好导电性等优点。
本发明将纳米贵金属与石墨烯的优点相结合，制备了导电性能良好、电阻低的电极，为进一步提高电化学传感器的精度提供了发展方向。
具体实施方式
下面通过具体实施例，进一步对本发明的技术方案进行具体说明。应该理解，下面的实施例只是作为具体说明，而不限制本发明的范围，同时本领域的技术人员根据本发明所做的显而易见的改变和修饰也包含在本发明范围之内。
实施例1
利用V型混合机将平均粒径10nm的纳米金颗粒10％和重均分子量(Mw)为10,000的聚乳酸改性的聚碳酸酯共聚物(PPC/PLA)40％混合均匀，将该混合粉末利用高频感应热等离子体装置在氩气氛围下放出至等离子体气氛中，利用过滤器回收所产生的微粉，即得到复合粒子。向复合粒子中添加氧化石墨烯50％，利用行星式磨机充分混合，得到混合粉末。将混合粉末干燥后，在900℃下加热0.8小时，具体方式为：马弗炉先加热到950℃以上，再降温到900℃，在氩气的保护下加入贵金属组合物，期间不间断地冲入氩气，将电极载体置于反应器中，得到所述电极。
实施例2
利用V型混合机将平均粒径50nm的纳米钯颗粒12％和重均分子量(Mw)为60,000的聚乳酸改性的聚碳酸酯共聚物(PPC/PLA)45％混合均匀，将该混合粉末利用高频感应热等离子体装置在氩气氛围下放出至等离子体气氛中，利用过滤器回收所产生的微粉，即得到复合粒子。向复合粒子中添加氧化石墨烯43％，利用行星式磨机充分混合，得到混合粉末。将混合粉末干燥后，在950℃下加热0.5小时，具体方式为：马弗炉先加热到950℃以上，再降温回950℃，在氩气的保护下加入贵金属组合物，期间不间断地冲入氩气，得到所述的电极。
实施例3
利用V型混合机将平均粒径170nm的纳米银颗粒15％和重均分子量(Mw)为100,000的聚乳酸改性的聚碳酸酯共聚物(PPC/PLA)52％混合均匀，将该混合粉末利用高频感应热等离子体装置在氩气氛围下放出至等离子体气氛中，利用过滤器回收所产生的微粉，即得到复合粒子。向复合粒子中添加氧化石墨烯33％，利用行星式磨机充分混合，得到混合粉末。将混合粉末干燥后，在500℃下加热2.5小时，具体方式为：马弗炉先加热到950℃以上，再降温回500℃，在氩气的保护下加入贵金属组合物，期间不间断地冲入氩气，得到所述的电极。
实施例4
利用V型混合机将平均粒径100nm的纳米铂颗粒16％和重均分子量(Mw)为300,0000的聚乳酸改性的聚碳酸酯共聚物(PPC/PLA)50％混合均匀，将该混合粉末利用高频感应热等离子体装置在氩气氛围下放出至等离子体气氛中，利用过滤器回收所产生的微粉，即得到复合粒子。向复合粒子中添加氧化石墨烯34％，利用行星式磨机充分混合，得到混合粉末。将混合粉末干燥后，在850℃下加热1.5小时，具体方式为：马弗炉先加热到950℃以上，再降温到850℃，在氩气的保护下加入贵金属组合物，期间不间断地冲入氩气，反应结束，得到电极。
实施例5
利用V型混合机将平均粒径250nm的纳米金/铱合金颗粒18％和重均分子量(Mw)为500,000的聚乳酸改性的聚碳酸酯共聚物(PPC/PLA)55％混合均匀，将该混合粉末利用高频感应热等离子体装置在氩气氛围下放出至等离子体气氛中，利用过滤器回收所产生的微粉，即得到复合粒子。向复合粒子中添加氧化石墨烯27％，利用行星式磨机充分混合，得到混合粉末。将混合粉末干燥后，在920℃下加热1小时，具体方式为：马弗炉先加热到950℃以上，再降温到920℃，在氩气的保护下加入贵金属组合物，期间不间断地冲入氩气，得到所述的电极。
实施例6
利用V型混合机将平均粒径200nm的纳米铂颗粒19％和重均分子量(Mw)为200,000的聚乳酸改性的聚碳酸酯共聚物(PPC/PLA)47％混合均匀，将该混合粉末利用高频感应热等离子体装置在氩气氛围下放出至等离子体气氛中，利用过滤器回收所产生的微粉，即得到复合粒子。向复合粒子中添加氧化石墨烯34％，利用行星式磨机充分混合，得到混合粉末。将混合粉末干燥后，在700℃下加热2.3小时，具体方式为：马弗炉先加热到950℃以上，再降温到700℃，在氩气的保护下加入贵金属组合物，期间不间断地冲入氩气，得到所述的电极。
实施例7
利用V型混合机将平均粒径500nm的纳米钯颗粒20％和重均分子量(Mw)为800,000的聚乳酸改性的聚碳酸酯共聚物(PPC/PLA)60％混合均匀，将该混合粉末利用高频感应热等离子体装置在氩气氛围下放出至等离子体气氛中，利用过滤器回收所产生的微粉，即得到复合粒子。向复合粒子中添加氧化石墨烯20％，利用行星式磨机充分混合，得到混合粉末。将混合粉末干燥后，在620℃下加热2小时，具体方式为：马弗炉先加热到950℃以上，再降温到620℃，在氩气的保护下加入贵金属组合物，期间不间断地冲入氩气，反应结束得到电极。
对实施例1～7进行体积电阻率测量，结果如【表一】所示。
【表一】
Figure BDA0001568095220000071

Claims (2)

1.一种电极，其特征在于，所述电极的电极载体附着有贵金属组合物，所述贵金属组合物包含贵金属、聚乳酸改性的聚碳酸酯共聚物PPC/PLA、氧化石墨烯；所述贵金属组合物中各成分按重量百分含量计：贵金属10～20％，聚乳酸改性的聚碳酸酯共聚物PPC/PLA40～60％，氧化石墨烯20～50％；所述贵金属为金、银、铂、钯、锇、铱中的一种或其多种的合金；所述贵金属的粒径为10～500nm，所述PPC/PLA的重均分子量为：Mw＝10,000～800,000；
及所述贵金属组合物通过以下步骤附着在所述电极载体上制备所述电极：
(1)利用V型混合机将平均粒径10～500nm的贵金属颗粒和重均分子量为10,000～800,000的聚乳酸改性的聚碳酸酯共聚物混合均匀，将混合粉末利用高频感应热等离子体装置在氩气氛围下放出至等离子体气氛中，利用过滤器回收所产生的微粉，即得到复合粒子；
(2)向复合粒子中添加氧化石墨烯，利用行星式磨机充分混合，得到混合粉末；
(3)将混合粉末干燥后，并在500～950℃下加热0.5～2.5小时，具体方式为：马弗炉先加热到950℃以上，再降温到设定温度，在氩气的保护下加入氧化石墨烯，期间不间断地冲入氩气，反应过程中，将电极载体置于出口处，制得所述电极。
2.如权利要求1所述的电极在电化学传感器上的应用。
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