一种蛛网状复合材料、及其制备方法和在生物传感器方面的应用技术

技术编号:15689138 阅读:192 留言:0更新日期:2017-06-24 00:28
本发明专利技术披露了一种蛛网状NiO@Al

Spider net composite material, preparation method thereof and application in biosensor

The present invention discloses a spider web NiO@Al

【技术实现步骤摘要】
一种蛛网状复合材料、及其制备方法和在生物传感器方面的应用
本专利技术属于复合功能材料制备
,特别涉及蛛网状NiO@AlxNiy/C复合材料、及其制备方法和在生物传感器方面的应用。
技术介绍
由于葡萄糖在食品、医学、环境等领域的重要作用,葡萄糖的高速,高效检测,灵敏,轻便的电化学葡萄糖传感器的研发一直是电化学领域的一大研究热点。电化学生物传感器中的核心组分是生物分子识别原件,而生物分子识别元件主要由对生物分子敏感的材料组成,根据敏感材料的不同,葡萄糖生物传感器可以分为酶传感器和非酶传感器。由于酶传感器需要复杂的酶固定化过程以及较差的长周期稳定性,以及生物酶对检测环境的温度,pH值等因素过于敏感,导致非酶传感器的开发及研究变的尤为重要。无酶传感器制备中,选择合适的对葡萄糖敏感的材料非常重要,常见的用于葡萄糖检测材料包括各种贵金属材料以及金属氧化物材料等等。此外,种类繁多、物化性能各异的复合材料也被广泛应用于无酶传感器的制备中。但是长久以来,研发的这些葡萄糖敏感材料在应用领域显现出了一定的局限性,这主要因为:(1)贵金属元素普遍价格较高,贵金属电极易被毒化失效,影响了葡萄糖传感器的商业化应用;(2)过渡金属氧化物导电性较差,极大程度上降低了葡萄糖检测的灵敏度;(3)一些复合材料的合成过程复杂,材料重现性差,限制了葡萄糖传感器的广泛应用。为了解决上述问题,科学家们开始研发新型、高效、具有更优异结构且生产方法简单的葡萄糖催化材料。在文献ACSAppl.Mater.Interfaces,2015,7:4772-4777中,PengYang等人采用原子层沉积的方法将NiO纳米颗粒沉积在SiC基底表面,并利用这种NiO/SiC材料制备了电化学无酶葡萄糖传感器。作者发现当NiO沉积600层的时候,传感器可以得到较高的灵敏度及较低的葡萄糖检测限,并且认为原子力沉积是一种有效合成无酶葡萄糖传感器材料的方法。但是,这种方法所合成的材料导电性并没有得到解决,并且制备过程的重现性较差。在文献ElectrochimicaActa,2013,(102):104-107中,SenLiu等人利用甘油辅助的水热法合成了空心状的NiO材料,并将其应用于电化学无酶葡萄糖传感器。作者认为NiO纳米片组装成了空心的NiO纳米球,这种组装的结构有利于材料对葡萄糖的催化。这种材料制备方法较简便,但是材料的导电性较差,比表面积较小,电催化性能只能达到中等水平。
技术实现思路
鉴于以上问题,本专利技术的目的是提供一种成本低、导电性好、制备方法简单且可控性强的蛛网状NiO@AlxNiy/C复合材料,并将该复合材料应用于生物传感器例如电化学无酶葡萄糖传感器。为解决以上技术问题,本专利技术采取的技术方案如下。在一方面,披露了一种蛛网状NiO@AlxNiy/C复合材料,所述蛛网状NiO@AlxNiy/C复合材料基本是以NiO为核,AlxNiy/C为壳及线构成的;其中,AlxNiy化学组成为Al与Ni的合金;x和y分别为Al和Ni的物质的量分数,且0<x≤3,0<y≤5。进一步地,NiO表现为纳米球的形状,AlxNiy/C既包覆于NiO纳米球上,又作为纳米线将不同的NiO纳米球相连。优选地,NiO纳米球的直径范围为5-100nm,NiO纳米球之间的距离为2-300nm;AlxNiy/C的长度范围是2-100nm,宽度范围是2-100nm。在一方面,披露了一种制备蛛网状NiO@AlxNiy/C复合材料的方法,该方法包括:利用水热合成法或热回流法制备含碳的镍铝水滑石前驱体;和,对含碳的镍铝水滑石前驱体进行锻烧以制得蛛网状NiO@AlxNiy/C复合材料;其中,AlxNiy化学组成为Al与Ni的合金;x和y分别为Al和Ni的物质的量分数,且0<x≤3,0<y≤5。优选地,利用水热合成法或热回流法制备含碳的镍铝水滑石前驱体是以含镍离子的金属盐、含铝离子的金属盐和葡萄糖为原料,以尿素或氨水为沉淀剂,以二次水为反应介质来进行反应的。优选地,镍离子与铝离子的摩尔比例为2:1-3:1,镍离子与葡萄糖的摩尔比例为10:1至1:1,镍离子与沉淀剂的摩尔比例为1:2至1:5。优选地,含镍离子的金属盐为硝酸镍,含铝离子的金属盐为硝酸铝。优选地,利用水热合成法或热回流法制备含碳的镍铝水滑石前驱体时的温度被控制在80-100℃范围内,反应时间为10-15h,且反应完成后的产物需要烘干10-20min;和,煅烧是在惰性气体的氛围中进行的;并且,煅烧的温度为700-1000℃,升温速率为1-10℃/min,煅烧时间为2-15h。优选地,所述惰性气体选自氢气、氮气和氩气中的一种或者它们之间的任意组合。在一方面,所述的蛛网状NiO@AlxNiy/C复合材料被应用于生物传感器。本专利技术的有益效果在于:蛛网状的NiO@AlxNiy/C复合材料的原料成本低廉、制备工艺简单。蛛网状的NiO@AlxNiy/C复合材料可极大地增加材料的比表面积,提供大量的活性位点;并且,作为联结NiO催化中心的AlxNiy/C材料具有优异导电性,极大的提高了材料的电催化灵敏度。此外,将该复合材料作为生物传感器具有极好的电催化活性、稳定性以及重现性;和,将其用于对底液中的葡萄糖进行无酶催化时表现出较高的灵敏度及较宽的线性范围,这为电极材料的合成提供了一种全新的思路。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚,本专利技术提供如下附图进行说明:图1为实施例1所得的镍铝水滑石的X射线衍射图。图2为实施例1所得的镍铝水滑石的扫描电镜图。图3为实施例1所得的蛛网状NiO@Al1.1Ni0.9/C复合材料的X射线衍射图。图4为实施例1所得的蛛网状NiO@Al1.1Ni0.9/C复合材料的扫描电镜图。图5为实施例1所得的蛛网状NiO@Al1.1Ni0.9/C复合材料的透射电镜图。图6为实施例3所得的蛛网状NiO@Al4Ni3/C复合材料的透射电镜图。图7为实施例3所得的蛛网状NiO@Al4Ni3/C复合材料在0.1mol/LNaOH溶液中的循环伏安曲线;其中,横坐标-电压,单位为伏特(V),相对于Ag/Ag/Cl电极;纵坐标-电流,单位为毫安(mA)。图8为在溶液中逐渐增加葡萄糖时根据本专利技术实施例3所得的蛛网状NiO@Al4Ni3/C复合材料电极的电流-时间曲线;其中,横坐标-时间,单位为秒(s);纵坐标-电流,单位为毫安(mA)。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图,对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然,所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本专利技术保护的范围。本专利技术公开了一种通过先生长片状前驱体、再原位裂解生长的方法制备的蛛网状NiO@AlxNiy/C复合材料,并将其应用于制备生物传感器,优选为电化学无酶葡萄糖传感器。具体地,本专利技术是以镍铝水滑石纳米片为前驱体材料,在水热合成镍铝水滑石材料时加入一定比例葡萄糖得到含碳的镍铝水滑石前驱体,再经过高温煅烧的方法,原位生成蛛网状NiO@AlxNiy/C复合材料。其中,水热合成镍铝水滑石材料时的反应物为硝酸镍、硝酸铝的水溶液,本文档来自技高网
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一种蛛网状复合材料、及其制备方法和在生物传感器方面的应用

【技术保护点】
一种蛛网状NiO@Al

【技术特征摘要】
1.一种蛛网状NiO@AlxNiy/C复合材料,其特征在于,所述蛛网状NiO@AlxNiy/C复合材料是以NiO为核,AlxNiy/C为壳及线构成的;其中,AlxNiy的化学组成为Al与Ni的合金;x和y分别为Al和Ni的物质的量分数,且0<x≤3,0<y≤5。2.根据权利要求1所述的蛛网状NiO@AlxNiy/C复合材料,其特征在于,NiO表现为纳米球的形状,其中AlxNiy/C包覆于NiO纳米球上并且作为纳米线将不同的NiO纳米球相连。3.根据权利要求2所述的蛛网状NiO@AlxNiy/C复合材料,其特征在于,NiO纳米球的直径范围为5-100nm,NiO纳米球之间的距离为2-300nm;AlxNiy/C的长度范围是2-100nm,宽度范围是2-100nm。4.一种制备蛛网状NiO@AlxNiy/C复合材料的方法,其特征在于,利用水热合成法或热回流法制备含碳的镍铝水滑石前驱体;和,对含碳的镍铝水滑石前驱体进行锻烧以制得蛛网状NiO@AlxNiy/C复合材料;其中,AlxNiy化学组成为Al与Ni的合金;x和y分别为Al和Ni的物质的量分数,且0<x≤3,0<y≤5。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员:海波魏航王晓霞
申请(专利权)人:内蒙古科技大学
类型:发明
国别省市:内蒙古,15

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