实验室自制石墨与银导电墨水用于印刷电极的制备及其在电化学传感中的应用研究

本综述系统介绍了实验室自制石墨和银导电墨水在印刷电极（PE）制备中的创新应用。文章重点探讨了墨水配方（包括玻璃清漆GV、石墨粉、丙酮及添加剂丙二醇PG）、固化条件（温度与时间）对电学性能的影响，并通过循环伏安法（CV）、扫描电镜（SEM）等手段验证了电极在Fe(CN)63?/4?氧化还原探针中的优异电化学行为。研究表明，经碱性预处理后电极的电子转移动力学显著改善，成本降低99.43%，为电化学传感与分析提供了低成本、高性能的解决方案。

　　

引言部分阐述了导电墨水在印刷电极（PE）制备中的关键作用，指出尽管金属基墨水导电性优异，但其高成本限制了在低成本设备中的应用。碳基墨水（如石墨）因其低成本和高性能成为理想替代品。本文旨在开发实验室自制的石墨和银导电墨水，用于在聚酯基底上制备三电极电化学池，填补该领域的空白。

实验部分详细描述了石墨墨水和银墨水的制备方法。石墨墨水采用三种配方（T1、T2、T3），主要成分包括玻璃清漆（GV）、石墨粉、丙酮，并分别添加丙二醇（PG）或乙二醇（EG）作为添加剂。银墨水由银粉、GV和丙酮组成。通过磁力搅拌和超声处理确保墨水均匀性。电极通过丝网印刷技术制备，使用Silhouette Cameo 4切割绘图仪设计电极图案，并采用刮刀涂覆三层墨水。银墨水用作伪参考电极（pRE），并通过涂抹次氯酸钠形成Ag/AgCl层。

电学性能测试显示，石墨墨水的最佳固化条件为40°C、15分钟，而银墨水在25°C、5分钟即可达到最佳性能。增加墨水层数可降低电阻，但三层涂覆在粘附性和性能间取得平衡。电化学池经迷你化设计，工作电极（WE）面积从24.54 mm²减小至8.35 mm²，提高了实用性和效率。

电化学性能评估通过循环伏安法（CV）在Fe(CN)₆^3?/4?氧化还原探针中进行。结果表明，添加6.4% PG的T2.4墨水配方表现最佳，峰值电流比（i_pa/i_pc）接近1，峰电位分离（ΔE_p）最小。电极经碱性预处理（0.10 M NaOH，+1.40 V和-1.10 V各200秒）后，电子转移动力学显著改善，峰值电流增加143%，ΔE_p从302 mV降至161 mV。

扫描电镜（SEM）分析显示，石墨墨水电极表面均匀且粗糙，增加了电化学活性面积。碱性预处理后，表面更均匀，可能形成了含氧官能团，增强了润湿性和电子转移。银墨水电极呈现蜂窝状 morphology，经次氯酸钠处理后表面更均匀，形成了AgCl层。

稳定性测试表明，电极在20天内保持良好重现性，ΔE_p略有增加（从171.76 mV至199.14 mV），但峰值电流比稳定在1.006。批间和批内测试显示，峰值电流和电位变化在可接受范围内，证实了手动制备的可靠性。

成本分析显示，实验室自制电极成本极低，每单位仅0.03美元，较商业电极（约5.00美元）降低99.43%，具有显著的经济优势。

结论部分总结，所开发的石墨和银墨水具有优异的电化学性能，固化条件温和，电极经预处理后性能媲美商业产品。迷你化设计和低成本制备使该技术在高通量电化学传感和分析中具有广泛应用前景。