基于Pt-PDDA/还原石墨烯纳米电极材料的构建及电化学检测4-氨基苯酚
引用本文:智晋峰，郝玺龙，白雅蓉，等. 基于Pt-PDDA/还原石墨烯纳米电极材料的构建及电化学检测4-氨基苯酚[J].化学试剂,2024, 46(4): 108-113.
DOI:10.13822/j.cnki.hxsj.2024.0082
背景介绍
4-氨基苯酚（4-AP）是合成染料、医药和农药等精细化工产品中间体，如果处理不当，很容易对水体环境、水生生物甚至人体产生不良影响。因此4-AP的检测和污染控制成为目前化学和环境领域的难题之一。近年来，发展了多种4-AP检测方法，如离子对色谱法、毛细管电泳、微流体装置法、分光光度法等。这些检测方法虽然灵敏，但往往费时费力，操作繁琐，且需要专职人员以及复杂的仪器。与上述方法相比，电化学传感技术具有仪器简单经济、速度快、结果准确、方法灵敏、稳定性高及抗干扰能力强等优点，具有广阔的应用前景。
文章亮点
1. 本文成功制备了Pt-PDDA/还原石墨烯纳米电极材料构建电化学传感器，并将其应用于对4-氨基苯酚（4-AP）的超灵敏检测；
2. 本文所构建的电化学传感器在4-AP浓度1.00×10-5 ～1.00×10-3 mol/L范围内选择性、稳定性以及重现性均表现突出，此外，对实际样品的检测回收率为98.0%～106.0%。
内容介绍
1 实验部分
1.1 主要仪器与试剂
1.2 实验方法
1.2.1 GO溶液的制备
0.4 g石墨粉，0.4 g硝酸钠和20 mL硫酸混合冷却并在冰浴中超声20 min，然后将在20℃时，将2.4 g高锰酸钾缓慢地加入到石墨粉溶液中，该混合溶液在35℃下剧烈搅拌4 h。之后逐滴加入20 mL去离子水和12 mL 30 %的过氧化氢溶液。制备的GO溶液用200 mL，1 mol/L盐酸冲洗和过滤。最后GO溶液分散在去离子水中并进行透析1周后，直到pH值达到4.0~6.0。
2 结果与讨论
2.1 Pt NPs-PDDA/rGO红外和紫外表征
图1所示是Pt NPs-PDDA/rGO的红外表征图。在高频区3000 cm-1附近是归属于OH的伸缩振动峰，在3200～3700 cm-1范围内出现一个较宽、较强的吸收峰，这来自于石墨烯吸附的水分子；在中频区，约1700 cm-1处为羰基C＝O的伸缩振动吸收峰；约1600 cm-1处为吸附水分子的变形振动峰；在低频区，约1262 cm-1处出现的吸收峰归属于—C—O—C—的振动吸收峰；约1300 cm-1处为羧基的C-O的伸缩振动峰；约1110 cm-1处为醇基C—OH的伸缩振动峰；这说明本实验条件下石墨烯至少存在有—OH、—C—O—C—、C＝O—、C—O 4种官能团。
图2分别是GO、PDDA-rGO、Pt NPs-PDDA/rGO的紫外表征图。
2.2 电化学表征
图3a为裸GCE、PDDA-rGO/GCE及Pt NPs-PDDA/rGO/GCE电极的EIS图。其中裸GCE的阻抗值约为170 Ω，表明其具有良好的导电性。
通过循环伏安法（CV）分析电极的可逆性。将1.00×10-4 mol/L的4-AP添加到PBS中，分别测试各个电极的CV。如图4（线3）所示，用裸GCE测试的4-AP氧化峰电流极低，表明其可逆性较差。但在PDDA-rGO/GCE上（线2）氧化峰电流不仅增加，而且负移。这可归因于氧化还原石墨烯具有优异的电导率和良好的电催化活性，又因为石墨烯具有大的比表面积，可以吸附更多的4-AP至电极表面，发生氧化反应。
2.3 实验参数的优化
为了探究4-AP的最佳电化学响应，对Pt NPs-PDDA/rGO的浓度、吸附时间、pH进行了优化。
2.3.1 不同浓度对4-AP电化学响应的影响
由图5a可知，在系列浓度实验中，0.5 mg/L时电流响应最高，且远高于其他实验组，因此选择浓度0.5 mg/L为最佳反应浓度。
2.3.2 不同吸附时间对4-AP电化学响应的影响
在1.00×10-4 mol/L的4-AP溶液中，用0.5 mg/L的最佳浓度电极测试1~6 min吸附时间内，电极对4-AP的电化学响应。
2.4 扫速的影响
通过峰电流和扫速之间的关系可以区分电极表面发生的氧化还原反应的控制步骤为吸附控制还是扩散控制。分析了1.00×10-4 mol/L的4-AP在PBS（pH 7.0）中随着扫速变化的CV。随着扫描速率从40 mV s-1增加到120 mV s-1，氧化还原峰电流也逐渐增加。
3 结论
本研究开发了Pt NPs-PDDA/rGO电极材料，其构建的电化学传感平台，能够实现对4-AP的快速、灵敏检测。Pt和PDDA-rGO的复合对4-AP有优异的催化性能，且电流密度和4-AP浓度在1.00×10-5 ～1.00×10-3 mol/L范围内线性关系良好。在检测性能考察中，其选择性、稳定性以及重现性均表现突出，对实际样品的检测回收率为98.0%～106.0%，表明其巨大的实际应用前景。
