本發明涉及水質檢測，具體涉及一種基于s摻雜co3o4氧化石墨烯復合材料及其制備方法和應用。

背景技術：

1、水體中的砷污染是一項重大的全球性挑戰，危及許多國家和地區的飲用水安全。砷離子一旦污染了水或土壤，就會對環境和人類健康構成長期威脅。砷污染的嚴重性在于其廣泛存在且難以自然降解。在一些地區，砷濃度超過安全限度幾十倍到數百倍。這種高濃度的砷污染不僅影響水質，還可能通過食物鏈進入人體，對人類健康造成嚴重影響。長期飲用受砷污染的水會導致一系列健康問題，包括癌癥、心血管疾病和神經系統疾病。因此，檢測砷離子對于保障人類健康和環境安全至關重要。通過及時識別和處理水砷污染，我們可以有效減少砷污染對人體健康的危害。

2、用于檢測砷離子的傳統技術包括原子發射光譜法、原子熒光光譜法、x射線熒光光譜法和生物傳感器方法。這些傳統的檢測方法需要先進的儀器、復雜的樣品制備方案、昂貴的維護和熟練的人員，這使得它們在常規的現場分析中不太實用。而電化學檢測具有更高的靈敏度、現場適應性、和快速、準確的結果。新興的微流體檢測技術主要依靠電化學原理。電化學檢測方法按其基本原理和應用領域分為電解法、電位滴定法、極譜法和伏安法。方波伏安法以其獨特的電壓波形而聞名，有助于減輕干擾信號，抑制背景電流，并提高結果的準確性。在分析之前，通常使用負電壓富集工藝將目標離子沉積到電極表面以提高靈敏度。目前，貴金屬(如金，銀)是砷檢測常用的電極材料。為了解決電化學分析中貴金屬成本高和操作難的問題，研究人員正在研究可替代的、成本低的材料，以提供更高的穩定性和經濟性。碳基材料，包括碳納米管和石墨烯，由于它們卓越的導電性、化學穩定性和大的比表面積，而廣泛用于提高電化學分析的靈敏度和精度。此外，金屬氧化物、硫化物和各種復合材料正在被探索作為潛在的電極材料，以提高電化學檢測的性能。

3、石墨烯是一種特殊的電化學材料，具有優異的性能，被廣泛應用于電化學檢測領域。作為單層碳材料，它具有穩定的化學性質，降低了在檢測過程中對環境影響的敏感性。它的高導電性不僅提高了電化學傳感器的靈敏度，而且加快了響應時間。此外，它的表面可以很容易地進行化學修飾，允許通過功能改善與目標分子的相互作用，從而提高選擇性。作為一種環保的電極材料，co3o4納米結構提供了卓越的性能和穩定性。然而，它們作為電極材料的有限使用主要是由于它們的導電性差，這是由它們的半導體特性引起的，因此，需要增強其導電性能。

技術實現思路

1、本發明的目的在于提供一種基于s摻雜co3o4氧化石墨烯復合材料及其制備方法和應用，其可以通過摻雜s元素提高過渡金屬氧化物的電化學性能。該方法將為砷離子的快速準確檢測提供有力支持，有助于保障人類健康和環境安全。

2、在本發明的一個方面，本發明提出了一種基于s摻雜co3o4氧化石墨烯復合材料的制備方法。根據本發明的實施例，所述方法包括以下步驟：

3、s1、將硫化鈉加入到分散在水中的co3o4納米晶體的反應體系中，反應0.5-1h后，將溶液轉移到高壓滅菌器中，80-100℃加熱22-26h，洗滌得到s-co3o4納米晶體；

4、s2、將s-co3o4納米晶體加入到氧化石墨烯懸浮液中混合，然后在80-100℃加熱22-26h，洗滌得到基于s摻雜co3o4氧化石墨烯復合材料。

5、另外，根據本發明上述實施例的一種基于s摻雜co3o4氧化石墨烯復合材料的制備方法，還可以具有如下附加的技術特征：

6、在本發明的一些實施例中，步驟s1中，co3o4納米晶體的制備方法包括以下步驟：

7、將co(ch3coo)2·4h2o與十六烷基三甲基溴化銨溶解在乙二醇水溶液中，然后將反應混合物轉移到高壓滅菌器中，在180-22℃下加熱10-14小時以上；反應結束后，將高壓滅菌器自然冷卻至室溫，通過離心得到co3o4晶體，洗滌后將co3o4晶體煅燒，得到co3o4納米晶體。

8、在本發明的一些實施例中，所述co(ch3coo)2·4h2o與十六烷基三甲基溴化銨的比值范圍為1：2-1：2.4；所述洗滌采用水和乙醇；所述煅燒溫度為330-350℃，煅燒時間為3-4h。

9、在本發明的一些實施例中，步驟s1中：所述硫化鈉和co3o4納米晶體的質量比為100：38-100：34；所述洗滌采用水和乙醇。

10、在本發明的一些實施例中，步驟s2中：所述s-co3o4納米晶體和氧化石墨烯的質量比為2.5：1-3.5：1。

11、在本發明的另一方面，本發明提出了一種基于s摻雜co3o4氧化石墨烯復合材料的制備方法制備得到的基于s摻雜co3o4氧化石墨烯復合材料。

12、在本發明的另一方面，本發明提出了一種檢測電極的制備方法。根據本發明的實施例，將所述的基于s摻雜co3o4氧化石墨烯復合材料分散在去離子水中，形成s-co3o4納米復合材料懸浮液，將s-co3o4納米復合材料懸浮液置于玻碳電極中心，將玻碳電極干燥，使s-co3o4納米復合材料粘附在玻碳電極表面，得到所述檢測電極。

13、另外，根據本發明上述實施例的一種檢測電極的制備方法，還可以具有如下附加的技術特征：

14、在本發明的一些實施例中，所述玻碳電極利用氧化鋁粉進行拋光，然后使用去離子水進行洗滌，干燥后再添加s-co3o4納米復合材料懸浮液；所述s-co3o4納米復合材料懸浮液的添加量為每1mm2電極添加1-1.2μl。

15、在本發明的另一方面，本發明提出了一種所述的檢測電極的制備方法制備得到的檢測電極。

16、在本發明的另一方面，本發明提出了所述的檢測電極用于檢測水體環境中砷離子濃度。

17、與現有技術相比，本發明的有益效果是：

18、1)摻雜s元素提高了co3o4納米復合材料的電化學性能，水熱合成法制備的材料純度高，分散性好。

19、2)在制備過程中，本發明的檢測電極采用了可回收材料，減少了對環境的污染。

20、3)由于本發明檢測電極高精度、抗干擾性強和易于操作等特點，其不僅適用于實驗室研究，還可廣泛應用于環境監測、工業廢水處理、飲用水安全等領域，為砷離子的有效監控提供了有力的技術支持。

21、4)本發明摻雜過程保留了氧化石墨烯的基本層狀結構。這些介孔二維(2d)納米片具有相當大的表面積，允許結合許多催化活性位點。雖然sp2鍵網絡的破壞使氧化石墨烯成為電絕緣體，但其豐富的氧官能團可以恢復π網絡，從而提高導電性。實現了電極的高靈敏度和低檢測限，抗干擾能力強的效果。

技術特征：

1.一種基于s摻雜co3o4氧化石墨烯復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述的一種基于s摻雜co3o4氧化石墨烯復合材料的制備方法，其特征在于，步驟s1中，co3o4納米晶體的制備方法包括以下步驟：

3.根據權利要求2所述的一種基于s摻雜co3o4氧化石墨烯復合材料的制備方法，其特征在于：

4.根據權利要求1所述的一種基于s摻雜co3o4氧化石墨烯復合材料的制備方法，其特征在于，步驟s1中：

5.根據權利要求1所述的一種基于s摻雜co3o4氧化石墨烯復合材料的制備方法，其特征在于，步驟s2中：所述s-co3o4納米晶體和氧化石墨烯的質量比為2.5：1-3.5：1。

6.一種根據權利要求1-5任一項所述的基于s摻雜co3o4氧化石墨烯復合材料的制備方法制備得到的基于s摻雜co3o4氧化石墨烯復合材料。

7.一種檢測電極的制備方法，其特征在于：將權利要求6所述的基于s摻雜co3o4氧化石墨烯復合材料分散在去離子水中，形成s-co3o4納米復合材料懸浮液，將s-co3o4納米復合材料懸浮液置于玻碳電極中心，將玻碳電極干燥，使s-co3o4納米復合材料粘附在玻碳電極表面，得到所述檢測電極。

8.根據權利要求7所述的一種檢測電極的制備方法，其特征在于：所述玻碳電極利用氧化鋁粉進行拋光，然后使用去離子水進行洗滌，干燥后再添加s-co3o4納米復合材料懸浮液；所述s-co3o4納米復合材料懸浮液的添加量為每1mm2電極添加1-1.2μl。

9.一種權利要求7所述的檢測電極的制備方法制備得到的檢測電極。

10.權利要求9所述的檢測電極用于檢測水體環境中砷離子濃度。

技術總結
本發明公開了一種基于S摻雜Co<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;氧化石墨烯復合材料及其制備方法和應用，所述方法包括以下步驟：將硫化鈉加入到分散在水中的Co<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;納米晶體的反應體系中，反應后將溶液轉移到高壓滅菌器中加熱反應，洗滌得到S?Co<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;納米晶體；將S?Co<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;納米晶體加入到氧化石墨烯懸浮液中混合加熱反應，洗滌得到基于S摻雜Co<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;氧化石墨烯復合材料。將基于S摻雜Co<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;氧化石墨烯復合材料分散在去離子水中，然后置于玻碳電極中心，風干后得到所述檢測電極。所述檢測電極用于檢測復雜水體環境中砷離子濃度。本發明為砷離子的快速準確檢測提供有力支持，有助于保障人類健康和環境安全。

技術研發人員：胡海兵,王林,周翔
受保護的技術使用者：合肥工業大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28