酚類化合物是人類健康的一大威脅,主要來源于現代工業生產中的添加物。如何減小酚類化合物的影響首先取決于是否有高效快速的檢測手段。電化學檢測是最快速有效的方法之一,但是并不完全適用于酚類化合物:一則因為傳感器表面非常容易被污染,從而失去活性;二來共存異構體往往同時存在于污染物中,難以區分。
牛津大學的研究人員Dr. Jiang, Dr. Santiago和Prof. Foord, 最近在《通訊 - 化學》上發表的一篇論文Nanocarbon and nanodiamondfor high performance phenolics sensing為酚類化合物的檢測提供了幾點新的思路。他們系統地研究了主流的三種碳材料:石墨烯(sp2雜化),納米金剛石(sp3 雜化)和納米碳(sp2+sp3),用于檢測苯酚類和二苯酚類等四種不同的酚類化合物。結果表明,雖然石墨烯和納米碳電極依然有嚴重的失活問題,但是納米金剛石電極對于酚類物質檢測的穩定性非常強。這是由于sp3雜化的金剛石有很好的化學惰性。這是首個利用納米金剛石的超強穩定性檢測酚類物質的報道。
同時,他們用分散納米金剛石的方法制備出4-8 nm的超小顆粒納米碳。由于該材料具有超強的表面吸附能力,傳感器靈敏度比同類電極高一個數量級。他們發現每次制備的新電極之間的可重復性非常高,原因是新方法制備出的納米碳高度均勻分散。為了避免電極的失活問題,他們嘗試將電極制備成一次性檢測裝置,取得了很好的效果。他們的實驗還發現納米碳傳感器可以有效分離共存異構體,達到高效的同步檢測。
他們進一步將這種納米碳的一次性檢測儀用于檢測綠茶里面的酚含量和泰晤士河的污染程度,均取得了理想的結果。這種均勻的納米碳電化學信號可重復性好,制備方式簡單,價格便宜,可以用于制作一次性酚類檢測儀,具有很好的工業化前景。
圖1:工業生產中排出的酚類物質對于水環境有著重要的影響;本文使用電化學方法(三種不同的碳材料)對水溶液中的酚類物質含量進行高效檢測。圖中插圖為同步檢測酚類物質的共存異構體,不同物質互相之間干擾很小