电位型化学传感器具有易于小型化、结构简单、携带方便、对目标离子具有高选择性、高灵敏度等优势而得到了广泛的关注。全固态离子选择性电极作为电位型化学传感器的重要分支,应用于许多领域,如:环境监测、水质分析、海洋考察、农业、食品和药物分析等。目前己有关于实时远程分析监测和人体健康状况诊断的无线可穿戴设备的研究,其优势是对人体无侵入式伤害且方便快捷,提高了在监测方面的时间和空间效率,可以启用身体健康状况预先报警系统。因此,高性能离子选择性电极的制备和研究具有重大的科学意义和社会价值。基于此,本论文以构建高灵敏度、低检测限的全固态离子传感器并将其应用于海洋环境监测以及人体健康情况分析为出发点,开展了一系列研究工作。1.我们首次利用具有双层电容特性的C@Zn0微球作为固态转接层,制备了三种全固态离子选择性电极并将其应用于海水中离子浓度检测。以大小一致形状规则的碳微球为前驱体,通过简单的预处理以及程序化加热制备具有碳核的中空ZnO微球。以自制玻碳电极为导电基底,使用聚合物离子选择性膜制备了全固态离子选择性电极。中空碳微球的加入增加了电子传输能力的同时也提高了离子-电子转换效率。此外,其高的比表面积和大电容的特性也稳定了电势。该离子选择性电极实现了人工模拟海水的K+、NH4+和NOV离子检测,响应范围在1.0×10-1-1.0×10-6M,满足海水测试要求。同时我们模拟了深海环境对电极的长期稳定性进行了测试。在七周的测试时间内,所制备的电极对目标离子均表现出能斯特线性响应,具有较好的稳定性。2.针对全固态离子选择性电极长期以来面临水层的难题,我们提出了一种改善电极疏水性的的方法。首先将一种含氟烷基三氯硅烷修饰在纤维素纸表面,使纤维素纸具有超疏水性,随后利用模板将高品质的石墨烯分散液喷涂在疏水化的纸基表面作为电极和固态转接层制备固态离子选择性电极。与化学还原的氧化石墨烯相比,直接从石墨剥离的高品质石墨烯具有更好的导电性和更加优异的疏水性。该项研究是首次利用化学修饰基底改善电极的疏水性,修饰后的基底电极与疏水性转接层材料共同作用,极大地改善了水层对电极电势稳定性的影响。3.我们利用上述方法,进一步发展出了一种柔性、可穿戴的多通道纸基全固态离子选择性电极,实现了对人体汗液中多种离子的实时在线分析。实验结果表明,所制备的多通道纸基全固态离子选择性电极能够同时对人体汗液中的K+、Na+、Cl-和pH进行在线分析。其分析结果与电感耦合等离子体-质谱法(ICP-MS)检测结果保持一致,这表明我们所发展的多通道全固态可穿戴离子选择性电极具有良好的实时在线分析能力,有望在健康检测、临床分析等领域获得应用。4.针对碳基固接转换材料疏水性和电容问题,我们还发展了一种sp2杂化的多孔碳纳米微球作为固态转换层用于制备全固态离子选择性电极。利用常规工业原料多巴胺、氨水等,经过高温煅烧得到粒径均一且多孔的碳纳米微球,简单的合成方法有利于大批量的生产。碳微球薄膜对水的静态接触角达137°,其电容比石墨烯、碳纳米管等同类碳材料高一个数量级。基于碳纳米微球制备的全固态K+选择性电极的检测限为1.0X 10-6M,同时由于其良好的疏水性在测试过程中没有水层的形成,具有很好的长期稳定性。5.除了双电层电容电位稳定机制的碳基材料,我们发展了一种赝电容稳定机制的金纳米簇材料,该金纳米簇具有混合价态,具有良好的导电性与高赝电容。由于在金纳米簇表面修饰了硫醇使其具有良好的疏水性,这些独特的性质使其作为一种高效的固态转接层材料。我们在K+离子选择性膜中加入质量分数为2.0%的正己硫醇修饰的金纳米簇制备了单片层全固态钾离子选择性电极。正己硫醇修饰的金纳米簇的加入可以有效地提高了离子-电子转换效率、降低响应时间、稳定了电极电势、降低了检测限。此外,由于正己硫醇修饰的金纳米簇具有化学惰性使得单层全固态钾离子选择性电极具有良好的抗干扰性能。