一种碳点掺杂富氮MOF纳米片阵列催化剂的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种碳点掺杂富氮MOF纳米片阵列的制备方法以及基于该催化剂用于检测酪氨酸对映体的应用，属于催化技术、纳米复合材料和手性传感检测技术领域。其主要步骤是将H6L溶于硝酸铜溶液后与碳点共混，制得电沉积前体混合液；在三电极体系中，采用恒电位电沉积工艺，将得到的材料活化后，制得CD@Cu‑MOF/CuF催化剂。采用该复合材料构建的CD@Cu‑MOF/CuF电化学传感器，用于对映体D‑酪氨酸和L‑酪氨酸含量的灵敏度检测。

【技术实现步骤摘要】
一种碳点掺杂富氮MOF纳米片阵列催化剂的制备方法及应用
本专利技术涉及一种碳点掺杂富氮MOF纳米片阵列催化剂的制备方法及应用，属于催化技术、纳米复合材料和手性传感检测

技术介绍
金属有机框架物（MOFs）是指过渡金属离子与有机配体通过自组装方式形成的具有周期性的网络结构的晶体多孔材料，其三维孔结构包括两个重要的组分：结点（connectors）和联接桥（linkers），一般以金属离子为结点，有机配位体支撑构成空间3D延伸，是沸石和碳纳米管之外的又一个多孔材料。传统的多孔材料有活性炭（AC）、硅胶、分子筛等有自身的局限性。与传统多孔材料相比，MOFs材料具有其得天独厚的优势：孔道的大小、比表面积、活性位点和刚柔性都是可以通过合理的选择金属离子和有机配体来进行分子调控。因为这些优点，MOFs材料有不可估量的应用前景。电化学传感是分析化学的研究方向之一，并且可以使用相对便宜的设备提供高灵敏度和选择性。研究人员一直在寻找具有高比表面积和独特的电子和催化性质以获得更好的灵敏度和选择性的新类材料。MOF优异的电化学还原性能和大的比表面积、多孔多样的晶体结构，易功能化以及正性配位中心的存在，使其在电化学传感应用
具有巨大的潜力。单一的MOF材料和其它纳米材料复合制得的复合材料可进一步提高其性能，目前MOFs已经与石墨烯、碳纳米管、碳块和碳纳米纤维等导电材料进行了杂化组装，制得的复合材料可显著改善MOF导电性差等缺陷。碳点是一类以碳为主要元素、尺寸小于10nm且结构含羧基等亲水官能团的纳米材料，它不仅继承了碳基材料的低毒性和生物相容性好等特性，还兼具优异的水溶性、抗光漂白能力强、合成工艺简单并表面易于功能化等诸多优势，在生物成像、药物运载光电器件以及分析检测等
已经显示出广阔的发展前景。当前，科学家对其制备方法、性能分析、机理探讨和应用等拓展研究，均取得了突破性进展。碳点作为一种新型碳纳米材料，预计可以与金属离子配位并镶嵌在MOF结构的空隙中，MOF多孔结构以及碳点均暴露更多且不同的活性位点，发挥了二者的协同作用，将其应用于电化学
，必定易于电子的传递和离子的扩散，从而使该材料的电化学传感性能大大提高。
技术实现思路
本专利技术的技术任务之一是为了弥补现有技术的不足，提供一种碳点掺杂富氮金属有机框架物纳米片阵列催化剂的制备方法，该方法所用原料成本低，制备工艺简单，反应能耗低，具有工业应用前景。本专利技术的技术任务之二是提供一种碳点掺杂富氮金属有机框架物纳米片阵列催化剂的用途，即将该催化剂用于高效检测D-酪氨酸和L-酪氨酸对映体的含量，该检测仪器成本低、分析效率高、操作方便，操作技术要求低。本专利技术的技术方案如下：1.一种碳点掺杂富氮MOF纳米片阵列催化剂的制备方法（1）配制电沉积前体溶液将0.160-0.170g的Cu(NO3)2·3H2O溶于由2-3mLDMA、2-3mLDMSO、80-120μLH2O组成的混合溶剂中，得到澄清的硝酸铜溶液；将0.025-0.035gH6L配体与硝酸铜溶液共混，加入0.8-1.0mLHBF4，超声1-3min，得到澄清的富氮金属有机框架物前体溶液；将D-山梨醇和磷酸二氢钠水溶液制得的碳点与富氮金属有机框架物前体溶液共混，超声2min，得到电沉积前体溶液；（2）制备碳点掺杂富氮MOF纳米片阵列催化剂将1.0cm×1.0cm的活化铜网CuF为工作电极、铂片为辅助电极、甘汞电极为参比电极，在电沉积前体溶液中，构成三电极体系，采用恒电位电沉积工艺，制得碳点掺杂富氮金属有机框架物纳米片阵列负载在铜网上的复合材料，即CD@Cu-MOF/CuF复合材料；将CD@Cu-MOF/CuF复合材料水洗后，置于微波炉中250W活化3min，制得活化CD@Cu-MOF/CuF复合材料，即碳点掺杂富氮MOF纳米片阵列催化剂。2.如上所述的一种碳点掺杂富氮MOF纳米片阵列催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述H6L配体，其构造式如下：H6L制备步骤如下：将0.084mol氨基间苯二甲酸、0.134molNaOH与0.104molNaHCO3加入到140ml蒸馏水中,混合后在0℃下搅拌30min；同时逐滴滴加三聚氰氯的1,4-二氧六环溶液；该混合液在100℃下加热24h,用HCl调节混合物溶液的pH=2，过滤，用蒸馏水洗涤几次，室温下干燥后得到H6L配体，其产率为95%。所述D-山梨醇和磷酸二氢钠水溶液制得的碳点，是将0.25-0.35g的D-山梨醇和0.05-0.15g磷酸二氢钠溶于1.5-2.5mL水中，在微波炉250W加热1-3min制得。所述活化铜网CuF，是将1.0cm×1.0cm的铜网CuF在质量分数为1.5%的稀盐酸中超声2-4min去除表面杂物，然后分别用蒸馏水、乙醇清洗后制得。所述恒电位电沉积，是在-0.8～-1.5V的电压下沉积10-15min，制得碳点掺杂富氮MOF纳米片阵列负载在铜网上的复合材料。所述Cu-MOF，其基本结构单元为[Cu3L(H2O)3]·10H2O·5DMA，是由3个Cu2+、1个配体L6-、3个主体水分子和10个客体水分子以及5个客体DMA分子构成，DMA为N，N-二甲基乙酰胺。3.如上所述的制备方法制备的碳点掺杂的MOF纳米片阵列催化剂作为电化学传感检测对映体的应用，步骤如下：（1）配制标准溶液采用浓度为1.0M的KOH水溶液，分别配制浓度为1.0×10-7～1.0g/L的系列D-酪氨酸和L-酪氨酸标准溶液；（2）构建CD@Cu-MOF/CuF电化学传感器将活化CD@Cu-MOF/CuF复合材料为工作电极、铂片为辅助电极、甘汞电极为参比电极，构建CD@Cu-MOF/CuF电化学传感器；（3）检测D-酪氨酸和L-酪氨酸对映体采用线性扫描循环伏安法，分别测定步骤（1）中各浓度的D-酪氨酸和L-酪氨酸标准溶液的电流值，绘制基于CD@Cu-MOF/CuF电化学传感器的D-酪氨酸和L-酪氨酸对映体的工作曲线；将待测样品的溶液代替D-酪氨酸和L-酪氨酸标准溶液，测得D-酪氨酸和L-酪氨酸对映体的含量。该手性传感器对D-酪氨酸和L-酪氨酸对映体溶液的检测范围为1.0×10-6～1.0g/L。本专利技术有益的技术效果如下：（1）本专利技术碳点掺杂的富氮MOF纳米片阵列催化剂的制备，采用恒电位电沉积工艺、一步法电沉积，制备出碳点掺杂富氮MOF纳米片阵列负载在铜网上的复合材料，即CD@Cu-MOF/CuF复合材料，制备工艺简单，易操作，易工业化。（2）本专利技术制得的复合材料，由于结构为碳点掺杂的金属有机框架物MOF阵列，比表面积大，且纳米片状MOF晶体阵列以及碳点均暴露了更多且不同的活性位点，发挥了MOF晶体和碳点的协同作用，易于电子的传递和离子的扩散，活性位点多。（3）基于该复合材料制备的传感器，检测D-酪氨酸和L-酪氨酸对映体手性对映体的含量，具有快速响应、检测范围宽、灵敏度高、操作简单、省时等特点。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步描述，但本专利技术的保护范围不仅局限于实施例，该领域专业人员对本专利技术技术方案所作的改变，均应属于本专利技术的保护范围内。实施例1一种碳点掺杂富氮MOF纳米片阵列催化剂的制备方法将0.160g的Cu(NO3)2·3H2O溶于由2mL本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳点掺杂富氮MOF纳米片阵列催化剂的制备方法，其特征在于，步骤如下：（1）配制电沉积前体溶液将0.160‑0.170 g的Cu (NO3)2·3 H2O溶于由2‑3 mL DMA、2‑3 mL DMSO、80‑120 μL H2O组成的混合溶剂中，得到澄清的硝酸铜溶液；将0.025‑0.035 g H6L配体与硝酸铜溶液共混，加入0.8‑1.0 mL HBF4，超声1‑3min，得到澄清的富氮金属有机框架物前体溶液；将D‑山梨醇和磷酸二氢钠水溶液制得的碳点与富氮金属有机框架物前体溶液共混，超声2 min，得到电沉积前体溶液；（2）制备碳点掺杂富氮MOF纳米片阵列催化剂将1.0 cm × 1.0 cm的活化铜网CuF为工作电极、铂片为辅助电极、甘汞电极为参比电极，在电沉积前体溶液中，构成三电极体系，采用恒电位电沉积工艺，制得碳点掺杂富氮MOF纳米片阵列负载在铜网上的复合材料，即CD@Cu‑MOF/CuF复合材料；将CD@Cu‑MOF/CuF复合材料水洗后，置于微波炉中250 W活化3 min，制得活化CD@Cu‑MOF/CuF复合材料，即碳点掺杂富氮MOF纳米片阵列催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种碳点掺杂富氮MOF纳米片阵列催化剂的制备方法，其特征在于，步骤如下：（1）配制电沉积前体溶液将0.160-0.170g的Cu(NO3)2·3H2O溶于由2-3mLDMA、2-3mLDMSO、80-120μLH2O组成的混合溶剂中，得到澄清的硝酸铜溶液；将0.025-0.035gH6L配体与硝酸铜溶液共混，加入0.8-1.0mLHBF4，超声1-3min，得到澄清的富氮金属有机框架物前体溶液；将D-山梨醇和磷酸二氢钠水溶液制得的碳点与富氮金属有机框架物前体溶液共混，超声2min，得到电沉积前体溶液；（2）制备碳点掺杂富氮MOF纳米片阵列催化剂将1.0cm×1.0cm的活化铜网CuF为工作电极、铂片为辅助电极、甘汞电极为参比电极，在电沉积前体溶液中，构成三电极体系，采用恒电位电沉积工艺，制得碳点掺杂富氮MOF纳米片阵列负载在铜网上的复合材料，即CD@Cu-MOF/CuF复合材料；将CD@Cu-MOF/CuF复合材料水洗后，置于微波炉中250W活化3min，制得活化CD@Cu-MOF/CuF复合材料，即碳点掺杂富氮MOF纳米片阵列催化剂。2.根据权利要求1所述的一种碳点掺杂富氮MOF纳米片阵列催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述H6L配体，其构造式如下：。3.根据权利要求1所述的一种碳点掺杂富氮MOF纳米片阵列催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述D-山梨醇和磷酸二氢钠水溶液制得的碳点，是将0.25-0.35g的D-山梨醇和0.05-0.15g磷酸二氢钠溶于1.5-2.5mL水中，在微波炉250W加热1-3min制得。4.根据权利要求1所述的一种碳点掺杂富氮MOF纳米片阵列催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述活化铜网...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯莹，匡轩，赵泳森，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东,37