金电极和纳米多孔金在离子液体中的电化学传感研究*

卢　璐

(安庆师范学院化学化工学院，光电磁功能配合物和纳米配合物安徽省重点实验室，安徽　安庆　246011)



金电极和纳米多孔金在离子液体中的电化学传感研究*

卢璐

(安庆师范学院化学化工学院，光电磁功能配合物和纳米配合物安徽省重点实验室，安徽安庆246011)

金电极是电化学研究常用电极，本文以探究金电极在不同离子液体中的电化学行为为目的，利用循环伏安技术，研究了平面金电极和纳米多孔金电极在两种不同性质的离子液体中的氧化还原性质。结果表明金电极的微观结构和离子液体的性质是影响金电极电化学行为的重要因素。金电极的微观纳米化提高了电化学信号，降低了金的氧化电位；离子液体的活性使普通金电极表现出了良好的电催化能力。

金电极；离子液体；电化学传感；影响

离子液体(Ionic Liquid)是由有机阳离子和有机或无机阴离子构成的熔融盐，其熔点一般在室温或低于100 ℃，具有离子导电率高、电化学窗口宽、稳定性和溶解性好、蒸汽压可忽略等独特的性质[1-2]。因其几乎不挥发的性质，被誉为“绿色”溶剂，为绿色化学的发展提供了机遇。在离子液体的诸多优秀性质中，离子导电率高和电化学窗口宽是离子液体重要的电化学性质，是离子液体作为电解质或支持电解质的基础。

金电极是电化学实验的常用电极，已广泛应用于电化学传感器、生物传感器的制备以及电化学检测中。金电极通常作为修饰电极的基底电极，大多应用于水溶液中。而纳米多孔金是一种特殊的金纳米材料，它宏观大块、微观由纳米结构的孔和隙带构成，具有大的表面积、良好的导电性等优势，已广泛应用于催化、传感等领域[3]。目前，金电极或者以金材料为基础的纳米金电极在酸性、中性和碱性溶液中的电化学行为研究地比较透彻。然而，金电极材料在离子液体中的电化学行为较为模糊。与水溶液相比，离子液体的种类繁多，不同种类的离子液体中金电极的电化学行为不同，受离子液体阴阳离子的影响较大。

本文以离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([Bmim][BF4])和1-丁基-3-甲基咪唑双氰胺([Bmim][N(CN)2])为电解质，研究了金电极和纳米多孔金电极在上述离子液体中的电化学行为，探究了电位范围和扫速对金电极电化学行为的影响。

1　实　验

1.1试剂和仪器

离子液体[Bmim][BF4]和[Bmim][N(CN)2]购自上海成捷化学有限公司(不需要纯化)；金电极(直径3 mm)、铂丝电极(直径1 mm)、金丝(直径0.5 mm，纯度99.999%)购自天津艾达恒晟科技有限公司。所用其它试剂均为分析纯，实验用水均为超纯水。

电化学实验均在CHI660E电化学工作站(上海辰华)上完成。

1.2纳米多孔金电极的制备

自支撑纳米多孔金电极的制备参考文献[4]。简单的描述为：金丝电极首先在新配制的Piranha溶液中浸泡5 min，再分别用500 nm和50 nm的氧化铝抛光，并依次用乙醇和超纯水清洗干净。以乙二醇为介质进行电化学制备。

1.3循环伏安测量

循环伏安测量是在三电极体系的电解池中完成的。以金电极和纳米多孔金电极为工作电极，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极，铂丝电极为对电极。在测量前，两种金电极均在0.5 M H2SO4溶液中活化，直到得到重现性较好的循环伏安曲线。

2　结果与讨论

2.1平面金电极在[Bmim][BF4]中的电化学行为

与水溶液相比，电化学窗口宽是离子液体重要的电化学性质。[Bmim][BF4]室温为液体，电导率高，为常用的离子液体之一。图1是平面金电极在常规离子液体[Bmim][BF4]中的循环伏安图。曲线a的电位范围为0～+1.4 V，在正扫过程中，在+1.2 V之前几乎没有氧化信号，随着电位的正移，曲线末端开始上翘，说明金开始被氧化；在负扫过程中，没有还原峰出现。当电位范围为0～+1.6 V时(曲线b)，正扫过程中，+1.4 V以后，氧化电流急剧增加，说明金被大量氧化；在负扫过程中，在+0.89 V出现了明显的还原峰，是正扫过程形成的氧化金的还原峰。与水溶液相比，在[Bmim][BF4]中，平面金的氧化峰电流比还原峰电流大得多，说明正扫过程中形成的氧化金并没有在负扫过程中完全被还原。

图1　平面金电极在[Bmim][BF4]中的循环伏安图

2.2纳米多孔金电极在[Bmim][BF4]中的电化学行为

图2　纳米多孔金电极在[Bmim][BF4]中的循环伏安图

2.3金电极在[Bmim][N(CN)2]中的电化学行为

图3是平面金电极在离子液体[Bmim][N(CN)2]中第一圈、第二圈和第三圈的循环伏安图。与离子液体[Bmim][BF4]完全不同，平面金电极在[Bmim][N(CN)2]中的电化学行为比较特别。在电位正扫和负扫过程中，只能观察到非常明显的氧化峰，没有还原峰的出现。此现象类似于葡萄糖在金电极上的循环伏安图[5]，应属于典型的电催化现象。随着电位的正移，金逐渐被氧化为氧化金，氧化金继续氧化离子液体，电位负扫过程中，氧化金仍然存在，能够继续氧化离子液体，直至氧化金被离子液体还原为金，所以无法观察到还原峰。这些现象说明，金电极在不同离子液体中电化学行为不同，这与金本身的结构和离子液体种类都有关。

图3　平面金电极在[Bmim][N(CN)2]中第1圈、第2圈和第3圈的循环伏安图

3　结　语

本文以金电极和纳米多孔金电极为工作电极，研究了金电极在两种不同性质的离子液体[Bmim][BF4]和[Bmim][N(CN)2]中的电化学行为，发现金电极的微观结构和离子液体的自身性质是影响金电极电化学行为的重要因素。金电极的微观纳米化提高了电化学信号，降低了金的氧化电位；离子液体本身的活性使普通金电极表现出了良好的电催化能力。因此，离子液体中金电极的电化行为研究不仅拓展了金电极在不同电解质中的应用范围，而且为离子液体的电化学性质扩展提供了科学支撑。

[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

安徽省教育厅高校自然科学研究重点项目(No: KJ2016A860)；安徽省教育厅自然科学研究项目 (No: AQKJ2015B003)。

卢璐(1986-)，女，讲师，主要研究领域：电分析化学、生物传感。

O657.1

A

1001-9677(2016)05-0064-03