一种非酶葡萄糖电解催化材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种非酶葡萄糖电解催化材料的制备方法，以柠檬酸为还原剂，以硝酸镍和硝酸钴为氧化剂，将硝酸镍与硝酸钴溶解于去离子水中，然后在一定温度下发生自蔓延高温合成反应，制得非酶葡萄糖电解催化材料，该材料即为纳米多孔NiCo2O4材料。本发明专利技术采用无需模板、快速、节能的溶液燃烧法来制备纳米多孔NiCo2O4材料，通过优化工艺路线，降低成本，该方法简单、实用，具有重要科学价值和发展前景。

Preparation of a non-enzymatic catalytic material for glucose electrolysis

The present invention discloses a preparation method of non-enzymatic glucose electrolytic catalytic material, which uses citric acid as reducing agent, nickel nitrate and cobalt nitrate as oxidant, dissolves nickel nitrate and cobalt nitrate in deionized water, and then undergoes self-propagating high temperature synthesis reaction at a certain temperature to prepare non-enzymatic glucose electrolytic catalytic material, which is nanoporous NiCo2O4 material. The nanoporous NiCo2O4 material is prepared by solution combustion method without template, which is fast and energy-saving. By optimizing the process route, the cost is reduced. The method is simple and practical, and has important scientific value and development prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种非酶葡萄糖电解催化材料的制备方法
本专利技术涉及葡萄糖检测
，更具体的说是涉及一种非酶葡萄糖电解催化材料的制备方法。
技术介绍
葡萄糖的检测对各种疾病，如糖尿病、冠心病、内分泌代谢紊乱等血液里糖的检测和控制、食品加工、生物加工等都十分重要。这种重要性的直观体现是用于血糖检测的传感器占所有生物传感器产品的85％的市场份额。早期的葡萄糖生物传感检测是依赖于葡萄糖氧化酶的氧化反应来进行，但是基于酶的葡萄糖生物电化学传感器，存在着复杂的固定技术、严苛的操作环境、本身固有的不稳定性等缺点。因此，研发具有制作简单、高灵敏度、良好选择性的非酶葡萄糖电化学传感器十分重要。影响非酶葡萄糖电化学传感性能的关键因素是电极催化材料。在众多的过渡金属氧化物电极催化材料中，混合金属氧化物，特别是具有稳定尖晶石结构的二元金属氧化物NiCo2O4，成为了非酶葡萄糖电化学传感的电极材料的优秀候选者之一。纳米多孔结构的二元金属氧化物NiCo2O4材料的制备方法有报道的有很多，主要可以归纳成两大类，一类是模板法，其中包括以SiO2、SBA-15为硬模板、以P123嵌段共聚物为软模板等的模板法，这类方法存在需去除模板，工艺复杂，特别是硬模板法中的硬模板需要HF和强碱来去除，很容易破坏材料的孔洞结构。另一类是无需模板，采用水热法、溶剂热法、共沉淀法、溶胶-凝胶法、静电纺丝法等得到一定的前驱物(如Ni0.988Co2(OH)2、MCo2(C2O4)3·6H2O等)，然后再通过后续的热处理，将前驱物转变成钴酸盐NiCo2O4，同时释放出小分子气体如CO2、H2O等，而形成多孔结构。但这类方法均需要二次热处理过程，工艺复杂、反应条件苛刻，另外还需要特殊的设备，如静电纺丝法，成本昂贵等缺点。因此，如何提供一种选择简单、实用的方法制备纳米多级孔NiCo2O4材料成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术通过优化工艺路线，降低成本，经溶液燃烧法制备得到纳米多级孔NiCo2O4材料，该方法简单、实用，具有重要科学价值和发展前景。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种非酶葡萄糖电解催化材料的制备方法，采用柠檬酸为还原剂，以金属硝酸盐为氧化剂，经溶液燃烧法制备样品。优选的，具体制备步骤如下：将硝酸镍和硝酸钴溶解于去离子水中，然后以5～10℃/min的升温方式，升温到400～500℃，保温0.5～1h，制得非酶葡萄糖电解催化材料，该材料即为纳米多孔NiCo2O4材料，反应方程式如下：Ni(NO3)2+2Co(NO3)2+2φC6H8O7+(9φ-7)O2＝NiCo2O4+3N2↑+12φCO2↑+8φH2O。优选的，所述硝酸镍与硝酸钴的摩尔比为1:2。优选的，所述还原剂与氧化剂的摩尔比φ＝0.35～0.45。优选的，所述去离子的用量为15～25mL。经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术有益效果如下：1、本专利技术采用无需模板、快速、节能的溶液燃烧法来制备纳米多孔NiCo2O4材料。该方法是以金属硝酸盐为氧化剂，有机燃料柠檬酸为还原剂，溶于一定量的去离子水中形成混合液，然后在一定温度下发生自蔓延高温合成反应，一步获得具有多孔结构的钴酸盐。通过燃烧剂的选择、调控燃烧剂与氧化剂的配比，制备出具有纯相的多孔NiCo2O4。2、本专利技术制备的纳米多孔NiCo2O4材料由于晶胞的间隙空间中存在大量的空位，便于电子的传输，且尖晶石结构中存在的多种金属离子及其两种子晶格之间的相互替换，可提升内在的材料特性如光学、电学和催化性能。3、具有尖晶石结构的钴酸盐，其热动态稳定性好，且两种金属离子相互协同作用，使制备的材料应用作非酶葡萄糖电化学传感催化电极材料，具有优异的电催化性能。4、本专利技术制备的纳米多孔NiCo2O4材料具有高的比表面积、高吸附性、高孔隙率、低密度、高的透过性等显著优点，可应用作超级电容器的电极材料、锂离子电池的电极材料、气敏材料、光催化材料等，使其性能大大提高。5、非酶葡萄糖电化学传感器对葡萄糖分子的检测是在催化剂的表面进行的，本专利技术制备的纳米多孔NiCo2O4材料可以降低反应物和产物的传质阻力，还有利于活性组分在表面的分散，能提供大的表面积和更多的活性位点，从而大幅度提高催化剂的性能。本专利技术将具有稳定的尖晶石结构的NiCo2O4与多孔结构相结合，应用作非酶葡萄糖电化学传感催化电极材料，可获得优异的电催化性能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例1制备的纳米多孔NiCo2O4材料的XRD图；图2为本专利技术实施例1制备的纳米多孔NiCo2O4材料SEM形貌图，其中(a)为低倍的SEM图，(b)为高倍的SEM图；图3为本专利技术实施例1制备的纳米多孔NiCo2O4材料修饰的电极在0.15M的NaOH溶液中，扫描速率为50mV·s-1下，未加入和加入1mM葡萄糖时的CV曲线；图4为本专利技术实施例1制备的纳米多孔NiCo2O4材料修饰的电极在加入1mM葡萄糖的0.15M的NaOH溶液中的电催化性能，其中，(a)为扫描速率从10到180mV·s-1下的CV曲线，(b)为峰值电流对扫描速率平方根的关系图；图5为本专利技术实施例1制备的纳米多孔NiCo2O4材料所修饰的电极的灵敏度测试，其中，(a)为NiCo2O4修饰的电极在0.15M的NaOH溶液中，工作电压0.45V下，连续加入葡萄糖时的I-t曲线；(b)为NiCo2O4修饰的电极对葡萄糖的校准曲线。图6为本专利技术实施例1制备的纳米多孔NiCo2O4材料所修饰的电极对0.02mM葡萄糖的响应时间；图7为本专利技术实施例1制备的纳米多孔NiCo2O4材料对葡萄糖检测选择性的I-t曲线；图8为本专利技术实施例1制备的纳米多孔NiCo2O4材料所修饰的电极灵敏度长期稳定性测试。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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，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。一、本专利技术以柠檬酸为还原剂，金属硝酸盐为氧化剂的燃烧反应生成NiCo2O4的方程式如下：Ni(NO3)2+2Co(NO3)2+2φC6H8O7+(9φ-7)O2＝NiCo2O4+3N2↑+12φCO2↑+8φH2O以柠檬酸为还原剂，以硝酸镍和硝酸钴为氧化剂，按还原剂与氧化剂φ＝0.35～0.45，经溶液燃烧法制备样品，硝酸镍与硝酸钴按化学计量摩尔配方比1:2称量，溶解于15～25mL去离子水中，然后以5～10℃/min的升温方式，升到400～500℃下保温0.5～1h，制得非酶葡萄糖电解催化材料，该材料即为纳米多孔NiCo2O4材料。实施例1以柠檬酸为还原剂，以硝酸镍和硝酸钴为氧化剂，按φ＝0.38，经溶液燃烧法制备样品，将硝酸镍与硝酸钴按化学计量摩尔配方比1:2称量，溶解于15mL去离子水中，然后以5℃/min的升温方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非酶葡萄糖电解催化材料的制备方法，其特征在于，采用柠檬酸为还原剂，以金属硝酸盐为氧化剂，经溶液燃烧法制备样品。

【技术特征摘要】
1.一种非酶葡萄糖电解催化材料的制备方法，其特征在于，采用柠檬酸为还原剂，以金属硝酸盐为氧化剂，经溶液燃烧法制备样品。2.根据权利要求1所述的一种非酶葡萄糖电解催化材料的制备方法，其特征在于，具体制备步骤如下：将硝酸镍、硝酸钴、柠檬酸溶解于去离子水中，然后以5～10℃/min的升温方式，升温到400～500℃，保温0.5～1h，制得非酶葡萄糖电解催化材料，该材料即为纳米多孔NiCo2O4材料，反应方程式如下：Ni(NO3)2+2Co(NO3)...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖雪春，王毓德，张轩铭，
申请(专利权)人：云南大学，
类型：发明
国别省市：云南,53