一种孔径可控的多孔高定向热解石墨电极制备方法
【技术领域】
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[000?]本发明属于新型碳材料制备技术领域，涉及一种多孔高定向热解石墨电极(HOPG)的制备工艺，特别是一种孔径可控的多孔高定向热解石墨电极制备方法。
【背景技术】
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[0002]近几十年来，多孔碳材料一直受到人们的诸多关注，因其具有低密度、高强度、优异导电性等特点，使其在传感器、超级电容器、催化和分离等领域有着广泛的应用前景。同时，碳原子可以通过与各种原子形成不同的杂化轨道(Sp，Sp2，Sp3)紧密连接，更加开阔了碳材料的应用领域。高定向热解石墨(HOPG)是一种特殊的石墨材料，其表面具有完整的碳原子共轭晶格结构，可以更加清晰的观察到材料表面结构的变化，因而被用来制备电化学领域常用的电极材料。而在电极表面刻蚀孔洞结构是一种常用的增大电极表面积和电化学活性的手段，由于碳材料具有稳定的共轭结构，很难在其表面刻蚀均匀的孔洞结构，因而发展一种更加高效可控的刻蚀方法仍然迫在眉睫。
[0003]目前，通过刻蚀法制备多孔HOPG已经有诸多报道，主要方法可以分为干法和湿法两种，其中干法刻蚀方法包括光刻蚀、胶体刻蚀、聚焦离子束刻蚀和活性离子刻蚀等，其刻蚀机理主要通过高温下碳原子的氧化反应，但这种刻蚀通常需要苛刻的设备条件和环境条件，成本很高;湿法刻蚀是实验室容易达到的刻蚀方法，其中电化学湿法刻蚀应用最广，常用的氧化剂有浓HNO3，浓H2SO4，HClO4和KNO3等，但是，湿法刻蚀有着难以忽视的缺点，孔径大小和深度都难以控制(Hathcock，K.W.，J.C.Brumf ield,C.A.Goss,E.A.1rene andR.ff.Murray,.Anal Chem.1995；67(13):2201-6)。因此，寻求一种孔径可控的多孔高定向热解石墨电极制备方法，利用实验室常规设备和药品进行HOPG的可控刻蚀，制备得到多孔的HOPG电极材料。
【发明内容】
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[0004]本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种孔径可控的多孔尚定向热解石墨电极制备方法，利用实验室常规设备和药品刻蚀石墨材料，在HOPG电极表面刻蚀直径在10-500nm，深度在3-15nm的孔洞结构，同时根据刻蚀条件来调节孔的直径和深度。
[0005]为了实现上述目的，本发明具体包括以下步骤:
[0006](I)刻蚀液的配制:将0.06g对氨基苯甲酸超声溶解于30mL浓度为2.5M的稀盐酸溶液中得到混合溶液，然后将0.04g亚硝酸钠溶解于混合溶液中制备得到透明的刻蚀液；
[0007](2)刻蚀:将工作电极、对电极、参比电极依次垂直放入步骤(I)得到的刻蚀液中，利用电化学工作站将工作电极、对电极、参比电极和刻蚀液组成三电极工作体系，开始电化学循环伏安扫描5-20分钟，扫描范围为+0.8V到-0.8V，扫描速度为20mV s—1，扫描完成后在工作电极上制备得到多孔高定向热解石墨电极。
[0008]本发明所述电化学工作站型号为CHI760D的，工作电极选用尺寸为1mmX 1mmX2mm的高定向热解石墨片，对电极选用铀片电极，参比电极选用Ag/AgCl电极。
[0009]本发明与现有技术相比，其制备工艺简单，操作方便，成本低，制备的多孔高定向热解石墨电极孔径和深度可控，应用范围广。
【附图说明】
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[0010]图1为本发明所述刻蚀过程原理示意图。
[0011]图2为本发明刻蚀后的工作电极表面原子力显微图片。
【具体实施方式】
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[0012]下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步说明。
[0013]实施例1:
[0014]本实施例将0.06g对氨基苯甲酸超声溶解到30mL浓度为2.5M的稀盐酸溶液中得到混合溶液，然后将0.04g亚硝酸钠溶解到混合溶液中制备得到透明的刻蚀液，利用电化学工作站(CHI760D)将工作电极高定向热解石墨片(10 X 10 X 2mm)、对电极(铂片电极)、参比电极(Ag/AgCl电极)及刻蚀液组成三电极工作体系，开始电化学循环伏安扫描，扫描范围为+
0.8V到-0.8V，扫描速度为20mV s—1，扫描时间为5分钟制备得到多孔高定向热解石墨电极，原子力显微镜扫描结果显示孔径大小为35nm。
[0015]实施例2:
[0016]本实施例将扫描时间为10分钟，其余同施例I，原子力显微镜扫描结果显不孔径大小为I OOnm O
[0017]实施例3:
[0018]本实施例将扫描时间为15分钟，其余同施例I，原子力显微镜扫描结果显不孔径大小为200nmo
[0019]实施例4:
[°02°]本实施例将扫描时间为20分钟，其余同施例I，原子力显微镜扫描结果显不孔径大小为500nm。
【主权项】
1.一种孔径可控的多孔高定向热解石墨电极制备方法，其特征在于具体包括以下步骤: (1)刻蚀液的配制:将0.06g对氨基苯甲酸超声溶解于30mL浓度为2.5M的稀盐酸溶液中得到混合溶液，然后将0.04g亚硝酸钠溶解于混合溶液中制备得到透明的刻蚀液； (2)刻蚀:将工作电极、对电极、参比电极依次垂直放入步骤(I)得到的刻蚀液中，利用电化学工作站将工作电极、对电极、参比电极和刻蚀液组成三电极工作体系，开始电化学循环伏安扫描5-20分钟，扫描范围为+0.8V到-0.8V，扫描速度为20mV s—1，扫描完成后在工作电极上制备得到多孔高定向热解石墨电极。2.根据权利要求1所述孔径可控的多孔高定向热解石墨电极制备方法，其特征在于所述电化学工作站型号为CHI760D的，工作电极选用尺寸为1mmX 1mmX 2mm的高定向热解石墨片，对电极选用铂片电极，参比电极选用Ag/AgCl电极。
【专利摘要】本发明属于新型碳材料制备技术领域，涉及一种孔径可控的多孔高定向热解石墨电极制备方法，先将对氨基苯甲酸溶解于稀盐酸溶液中得到混合溶液后再加入亚硝酸钠刻蚀液；再将工作电极、对电极、参比电极依次垂直放入刻蚀液中，利用电化学工作站将工作电极、对电极、参比电极和刻蚀液组成三电极工作体系，开始电化学循环伏安扫描，扫描完成后在工作电极上制备得到多孔高定向热解石墨电极；其制备工艺简单，操作方便，成本低，制备的多孔高定向热解石墨电极孔径和深度可控，应用范围广。
【IPC分类】G01N27/30, C25F3/02, G01N27/48
【公开号】CN105675684
【申请号】CN201610147702
【发明人】刘敬权, 崔亮, 许元红
【申请人】临沂大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年3月16日