盧　璐

(安慶師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，光電磁功能配合物和納米配合物安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽　安慶　246011)

?

金電極和納米多孔金在離子液體中的電化學(xué)傳感研究*

盧璐

(安慶師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，光電磁功能配合物和納米配合物安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽安慶246011)

金電極是電化學(xué)研究常用電極，本文以探究金電極在不同離子液體中的電化學(xué)行為為目的，利用循環(huán)伏安技術(shù)，研究了平面金電極和納米多孔金電極在兩種不同性質(zhì)的離子液體中的氧化還原性質(zhì)。結(jié)果表明金電極的微觀結(jié)構(gòu)和離子液體的性質(zhì)是影響金電極電化學(xué)行為的重要因素。金電極的微觀納米化提高了電化學(xué)信號(hào)，降低了金的氧化電位；離子液體的活性使普通金電極表現(xiàn)出了良好的電催化能力。

金電極；離子液體；電化學(xué)傳感；影響

離子液體(Ionic Liquid)是由有機(jī)陽(yáng)離子和有機(jī)或無(wú)機(jī)陰離子構(gòu)成的熔融鹽，其熔點(diǎn)一般在室溫或低于100 ℃，具有離子導(dǎo)電率高、電化學(xué)窗口寬、穩(wěn)定性和溶解性好、蒸汽壓可忽略等獨(dú)特的性質(zhì)[1-2]。因其幾乎不揮發(fā)的性質(zhì)，被譽(yù)為“綠色”溶劑，為綠色化學(xué)的發(fā)展提供了機(jī)遇。在離子液體的諸多優(yōu)秀性質(zhì)中，離子導(dǎo)電率高和電化學(xué)窗口寬是離子液體重要的電化學(xué)性質(zhì)，是離子液體作為電解質(zhì)或支持電解質(zhì)的基礎(chǔ)。

金電極是電化學(xué)實(shí)驗(yàn)的常用電極，已廣泛應(yīng)用于電化學(xué)傳感器、生物傳感器的制備以及電化學(xué)檢測(cè)中。金電極通常作為修飾電極的基底電極，大多應(yīng)用于水溶液中。而納米多孔金是一種特殊的金納米材料，它宏觀大塊、微觀由納米結(jié)構(gòu)的孔和隙帶構(gòu)成，具有大的表面積、良好的導(dǎo)電性等優(yōu)勢(shì)，已廣泛應(yīng)用于催化、傳感等領(lǐng)域[3]。目前，金電極或者以金材料為基礎(chǔ)的納米金電極在酸性、中性和堿性溶液中的電化學(xué)行為研究地比較透徹。然而，金電極材料在離子液體中的電化學(xué)行為較為模糊。與水溶液相比，離子液體的種類繁多，不同種類的離子液體中金電極的電化學(xué)行為不同，受離子液體陰陽(yáng)離子的影響較大。

本文以離子液體1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽([Bmim][BF4])和1-丁基-3-甲基咪唑雙氰胺([Bmim][N(CN)2])為電解質(zhì)，研究了金電極和納米多孔金電極在上述離子液體中的電化學(xué)行為，探究了電位范圍和掃速對(duì)金電極電化學(xué)行為的影響。

1　實(shí)　驗(yàn)

1.1試劑和儀器

離子液體[Bmim][BF4]和[Bmim][N(CN)2]購(gòu)自上海成捷化學(xué)有限公司(不需要純化)；金電極(直徑3 mm)、鉑絲電極(直徑1 mm)、金絲(直徑0.5 mm，純度99.999%)購(gòu)自天津艾達(dá)恒晟科技有限公司。所用其它試劑均為分析純，實(shí)驗(yàn)用水均為超純水。

電化學(xué)實(shí)驗(yàn)均在CHI660E電化學(xué)工作站(上海辰華)上完成。

1.2納米多孔金電極的制備

自支撐納米多孔金電極的制備參考文獻(xiàn)[4]。簡(jiǎn)單的描述為：金絲電極首先在新配制的Piranha溶液中浸泡5 min，再分別用500 nm和50 nm的氧化鋁拋光，并依次用乙醇和超純水清洗干凈。以乙二醇為介質(zhì)進(jìn)行電化學(xué)制備。

1.3循環(huán)伏安測(cè)量

循環(huán)伏安測(cè)量是在三電極體系的電解池中完成的。以金電極和納米多孔金電極為工作電極，飽和甘汞電極(SCE)為參比電極，鉑絲電極為對(duì)電極。在測(cè)量前，兩種金電極均在0.5 M H2SO4溶液中活化，直到得到重現(xiàn)性較好的循環(huán)伏安曲線。

2　結(jié)果與討論

2.1平面金電極在[Bmim][BF4]中的電化學(xué)行為

與水溶液相比，電化學(xué)窗口寬是離子液體重要的電化學(xué)性質(zhì)。[Bmim][BF4]室溫為液體，電導(dǎo)率高，為常用的離子液體之一。圖1是平面金電極在常規(guī)離子液體[Bmim][BF4]中的循環(huán)伏安圖。曲線a的電位范圍為0～+1.4 V，在正掃過(guò)程中，在+1.2 V之前幾乎沒(méi)有氧化信號(hào)，隨著電位的正移，曲線末端開(kāi)始上翹，說(shuō)明金開(kāi)始被氧化；在負(fù)掃過(guò)程中，沒(méi)有還原峰出現(xiàn)。當(dāng)電位范圍為0～+1.6 V時(shí)(曲線b)，正掃過(guò)程中，+1.4 V以后，氧化電流急劇增加，說(shuō)明金被大量氧化；在負(fù)掃過(guò)程中，在+0.89 V出現(xiàn)了明顯的還原峰，是正掃過(guò)程形成的氧化金的還原峰。與水溶液相比，在[Bmim][BF4]中，平面金的氧化峰電流比還原峰電流大得多，說(shuō)明正掃過(guò)程中形成的氧化金并沒(méi)有在負(fù)掃過(guò)程中完全被還原。

圖1　平面金電極在[Bmim][BF4]中的循環(huán)伏安圖

2.2納米多孔金電極在[Bmim][BF4]中的電化學(xué)行為

圖2　納米多孔金電極在[Bmim][BF4]中的循環(huán)伏安圖

2.3金電極在[Bmim][N(CN)2]中的電化學(xué)行為

圖3是平面金電極在離子液體[Bmim][N(CN)2]中第一圈、第二圈和第三圈的循環(huán)伏安圖。與離子液體[Bmim][BF4]完全不同，平面金電極在[Bmim][N(CN)2]中的電化學(xué)行為比較特別。在電位正掃和負(fù)掃過(guò)程中，只能觀察到非常明顯的氧化峰，沒(méi)有還原峰的出現(xiàn)。此現(xiàn)象類似于葡萄糖在金電極上的循環(huán)伏安圖[5]，應(yīng)屬于典型的電催化現(xiàn)象。隨著電位的正移，金逐漸被氧化為氧化金，氧化金繼續(xù)氧化離子液體，電位負(fù)掃過(guò)程中，氧化金仍然存在，能夠繼續(xù)氧化離子液體，直至氧化金被離子液體還原為金，所以無(wú)法觀察到還原峰。這些現(xiàn)象說(shuō)明，金電極在不同離子液體中電化學(xué)行為不同，這與金本身的結(jié)構(gòu)和離子液體種類都有關(guān)。

圖3　平面金電極在[Bmim][N(CN)2]中第1圈、第2圈和第3圈的循環(huán)伏安圖

3　結(jié)　語(yǔ)

本文以金電極和納米多孔金電極為工作電極，研究了金電極在兩種不同性質(zhì)的離子液體[Bmim][BF4]和[Bmim][N(CN)2]中的電化學(xué)行為，發(fā)現(xiàn)金電極的微觀結(jié)構(gòu)和離子液體的自身性質(zhì)是影響金電極電化學(xué)行為的重要因素。金電極的微觀納米化提高了電化學(xué)信號(hào)，降低了金的氧化電位；離子液體本身的活性使普通金電極表現(xiàn)出了良好的電催化能力。因此，離子液體中金電極的電化行為研究不僅拓展了金電極在不同電解質(zhì)中的應(yīng)用范圍，而且為離子液體的電化學(xué)性質(zhì)擴(kuò)展提供了科學(xué)支撐。

[1]J H Davis, P A Fox. From curiosities to commodities: ionic liquids begin the transition [J]. Chemical Communications, 2003,34(34):1209-1212.

[2]Marcin Opallo, Adam Lesniewski. A review on electrodes modified with ionic liquids [J]. Journal of Electroanalytical Chemistry, 2011(656):2-16.

[3]Ying-Yao Tang, Chai-Lin Kao, Po-Yu Chen. Electrochemical detection of hydrazine using a highly sensitive nanoporous gold electrode [J]. Analytica Chimica Acta, 2012(711):32-39.

[4]Lu Lu, Xirong Huang, Yanjie Dong, et al. Facile method for fabrication of self-supporting nanoporous gold electrodes via cyclic voltammetry in ethylene glycol, and their application to the electrooxidative determination of catechol [J]. Microchimica Acta, 2015(182): 1509-1517.

[5]Huajun Qiu, Xirong Huang. Effects of Pt decoration on the electrocatalytic activity of nanoporous gold electrode toward glucose and its potential application for constructing a nonenzymatic glucose sensor [J]. Journal of Electroanalytical Chemistry, 2010(643):39-45.

Study on the Electrochemical Behaviors of Gold Electrodes in Different Ionic Liquids*

LULu

(College of Chemistry and Chemical Engineering, Anhui Provincial Key Laboratory of Optoelectronic and Magnetism Functional Complexes and Nanocomplexes, Anqing Normal University, Anhui Anqing 246011, China)

Gold electrode is a common used electrode in electrochemical investigation. Aimed to explore the electrochemical behaviors of the gold electrode in different ionic liquids, the redox properties of the smooth gold electrode and nanoporous gold electrode in two ionic liquids were investigated via cyclic voltammetry. The results demonstrated that both the microstructure of the gold electrode and the properties of the ionic liquids affected the electrochemical behavior of the gold electrodes. The nanoporous structure increased the electrochemical signal and decreased the oxidative potential of gold, the unique property of the ionic liquid facilitated the electrocatalytic ability of the common gold electrode.

gold electrode; ionic liquid; electrochemical sensing; effect

安徽省教育廳高校自然科學(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目(No: KJ2016A860)；安徽省教育廳自然科學(xué)研究項(xiàng)目 (No: AQKJ2015B003)。

盧璐(1986-)，女，講師，主要研究領(lǐng)域：電分析化學(xué)、生物傳感。

O657.1

A

1001-9677(2016)05-0064-03