在碳基底上制备有机单分子层自组膜的电化学方法

摘要

本发明属于电化学法在碳基底上制备单分子层自组膜的方法。本发明选用带有不同功能基团的苯胺衍生物为起始物,采用玻璃碳或新鲜的高定向热解石墨电极(HOPG)或碳纤维作电极材料,用电化学法将带有不同功能基团的苯单分子层经C－C共价键接着在碳基底上,所得电极很适合作为固定其它功能分子的基底材料。

说明书

本发明属于在碳基底上制备有机单分子层自组膜的电化学方法。

碳材料具有高的导电性、化学惰性以及电化学窗口相当宽等优点，是一种重要的基底材料，在碳基底上共价键合上一层有机单分子层，可使碳基底成为吸附其它功能分子(如多金属氧酸盐)的良好的基底。法国科学家Savéant在Journal of American ChemistrySociety 1997，119，201-207中在有机相溶液中用重氮盐还原法对碳基底进行了修饰，得到了不同基团的有机单分子层修饰的碳电极，但他们所采用的溶剂为乙腈，因此有潜在的危险性；另一方面，这种方法要求事先合成出这些有机物的纯净的重氮盐，而重氮盐的合成条件较苛刻，很难得到所需的产物。

本发明的目的是采用电化学法在碳基底上制备有机单分子层自组膜，对碳基底进行修饰，将一系列带有不同功能基团的单分子层自组膜接着在碳基底上，所得电极可固定多金属氧酸阴离子、各种生物分子等。

本发明的目的是通过以下措施实现的，选用带有不同功能基团的苯胺衍生物为起始物，采用玻璃碳或新鲜的高定向热解石墨电极(HOPG)或碳纤维作电极材料，将带有不同功能基团的苯胺衍生物与水混匀，通氩气，加入亚硝酸钠和水的混合液，经冰浴、除氧，然后将要修饰的电极放入上述溶液中，以Ag/AgCl为参比电极，经电位循环扫描，取出后用水和丙酮冲洗，即可得到不同功能基团的苯单分子层自组膜修饰的碳电极。

本发明选用不同功能基团的苯胺衍生物苯胺、对氨基苯磺酸钠或对硝基苯胺其中的一种作起始物，采用玻璃碳或新鲜的高定向热解石墨或碳纤维作电极材料，将0.2mmol～0.21mmol带有不同功能基团的苯胺衍生物与15ml水混匀，通入氩气20分钟后，加入14.5mg的亚硝酸钠和2ml水的混合液，然后用冰浴冷至0-5℃，在不断搅拌及除氧的条件下，将2.1ml浓盐酸与5.9ml水的混合液缓缓滴加到上述反应液中，控制滴加速度，使反应温度保持在0-5℃。滴完后继续在冰浴中放置15分钟，以保证反应完全。将电极放入到上述反应液中，在0到一1.0Vvs.Ag/AgCl的电位窗口下循环扫描，取出后用大量水和丙酮反复冲洗后，即得到带有不同功能基团的苯单分子层修饰的碳电极。

修饰好后的单分子层用衰减红外光谱分析，证明了带有不同功能基团的苯单分子层自组膜中苯的C原子和电极表面的C原子之间形成了C-C共价键；扫描隧道显微镜与循环伏安分析证明带有不同功能基团的苯单分子层在碳基底上的排列是采取密堆积的单分子层的形式排列的。

按照本发明所述方法制备带有不同功能基团的苯单分子层，其原材料容易获得且成本低廉，制备过程简单安全；所得苯单分子层修饰碳基底带有不同功能基团，能分别固定多金属氧酸阴离子、各种生物分子等；所得苯单分子层是与碳基底经C-C共价键相连，因此能牢固固定在各种碳基底上，需用机械法才能除去，因而有利于得到稳定的电化学传感器和生物传感器。

本发明提供的实施例如下：

实施例1：将18.2μl减压蒸馏的苯胺与15ml水混匀，通入氩气20分钟后，加入14.5mg的亚硝酸钠和2ml水的混合液。然后用冰浴冷至0℃，在不断搅拌及除氧的条件下，将2.1ml浓盐酸与5.9ml水的混合液缓缓滴加到上述反应液中，控制滴加速度，使反应温度保持在0℃±1℃。滴完后继续在冰浴中放置15分钟，以保证反应完全。取一抛光后的玻璃碳电极放入到上述反应液中，在0到-1.0Vvs.Ag/AgCl的电位窗口下循环扫描，得到苯单分子层修饰的玻碳电极。

实施例2：在40ml烧杯中，放置0.18ml5％氢氧化钠溶液及42mg对氨基苯磺酸钠，温热使之溶解。取一新鲜的高定向热解石墨电极作电极材料，反应温度保持在3℃±1℃，其余步骤同实施例1，即得到苯磺酸单分子层修饰的高定向热解石墨电极。

实施例3：将27.6mg对硝基苯胺与15ml水混匀，取一碳纤维微电极作电极材料，反应温度保持在4℃±1℃，其余步骤同实施例1，即得到硝基苯单分子层修饰的碳纤维微电极。