一种在Ni上生长Cu纳米线获得的催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种在Ni上生长Cu纳米线获得的催化剂的制备方法，包括以下步骤：1）将基底Ni在氧化气氛下进行氧化后，再在还原气氛下进行还原；2）再将获得的产物与铜盐溶液混合，进行置换反应，将Cu置换到基底Ni上，获得NiCu基底；3）将NiCu基底在焙烧气氛下进行焙烧，即得所需在Ni片上生长Cu纳米线获得的催化剂。本发明专利技术还进一步提供了在Ni上生长Cu纳米线获得的催化剂及其应用。本发明专利技术提供的一种在Ni上生长Cu纳米线获得的催化剂及其制备方法和应用，能够构建非酶葡萄糖传感器用于对葡萄糖的检测，具有良好的电催化活性，良好的抗干扰能力，线性范围广，检测限低，灵敏度高，选择性好，重现性高且有良好的稳定性。

Catalyst for growing Cu nanowire on Ni and preparation method and application thereof

The invention provides a preparation method of a catalyst obtained by the growth of a Cu nanowire on Ni, including the following steps: 1) after oxidation in the oxidizing atmosphere, the substrate Ni is oxidized in the oxidizing atmosphere and then reduced in the reduction atmosphere; 2) the obtained product is mixed with the copper salt solution, and the replacement reaction is carried out, and the Cu is replaced on the base Ni to obtain NiCu. Substrate; 3) roasting the NiCu substrate in the roasting atmosphere, and obtaining the catalyst needed to grow Cu nanowires on the Ni substrate. The invention further provides a catalyst for growing Cu nanowires on Ni and its application. The invention provides a catalyst for the growth of Cu nanowires on Ni and its preparation method and application. It can construct a non enzyme glucose sensor for the detection of glucose. It has good electrocatalytic activity, good anti-interference ability, wide linear range, low detection limit, high sensitivity, good selectivity and high reproducibility. And it has good stability.

【技术实现步骤摘要】
一种在Ni上生长Cu纳米线获得的催化剂及其制备方法和应用
本专利技术属于催化剂
，涉及一种在Ni上生长Cu纳米线获得的催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
葡萄糖是一种单糖，对生物体的新陈代谢具有重要的意义。有氧呼吸时，生物体通过氧化葡萄糖而产生ATP等能够直接转化的能量来维持生物体正常的活动。但是葡萄糖并不是越多越好。当空腹血糖浓度低于3.8mol·L-1时，人体会出现心悸、头晕等不良症状，这种情况在临床上称为低血糖。当空腹血糖浓度低于6.8mol·L-1时，会出现多饮、多尿、多食，却消瘦等症状，甚至有转化为糖尿病的危险。因此，葡萄糖的检测具有重大的意义。生物传感器(biosensor)，是一种对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。自从1967年Updike和Hicks制出了第一个生物传感器葡萄糖传感器以来，生物传感器有了长足的发展，在国民经济的各个部门如食品、制药、化工、临床检验、生物医学、环境监测等方面有着广泛的应用。第一代生物传感器是以氧为电子媒介，进行电子传递，将葡萄糖浓度转化为电信号，从而检测出葡萄糖浓度，但是这类生物传感器受氧分压的影响大，相因时间长，难于进行活体分析。第二代生物传感器解决了以氧为电子媒介的缺陷，使用新的物质，如抗体、受体蛋白、电化学活性物质等作为电子媒介，但是这类的媒介体易污染电极。而第三代生物传感器则是直接以酶作为媒介，这类电子媒介具有专一性，能很好的检测葡萄糖，但是酶易变性，直接传递困难。电极材料一直是生物传感器的核心，也影响生物传感器的成本、性能等关键指标。目前，生物传感器的电极材料有由酶活性物质向高性能、更稳定的非酶材料转变的趋势。某些金属对葡萄糖有催化活性的，有必要对其改进应用于葡萄糖的检测。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种在Ni上生长Cu纳米线获得的催化剂及其制备方法和应用，用于制备具有低温高活性，成本低廉、制备简便以及易于工业放大的催化剂，构建非酶葡萄糖传感器，检测葡萄糖。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术第一方面提供一种在Ni上生长Cu纳米线获得的催化剂的制备方法，包括以下步骤：1)将基底Ni在氧化气氛下进行氧化后，再在还原气氛下进行还原；2)再将步骤1)中获得的产物与铜盐溶液混合，进行置换反应，将Cu置换到基底Ni上，获得NiCu基底；3)将步骤2)中的NiCu基底在焙烧气氛下进行焙烧，即得所需在Ni片上生长Cu纳米线获得的催化剂。优选地，在步骤1)中，所述基底Ni选自镍片、镍丝、镍箔、泡沫镍中的一种。优选地，在步骤1)中，所述氧化气氛选自空气气氛、氯气气氛、氧气气氛中的一种。更优选地，所述氧化气氛选自空气气氛、氧气气氛中的一种。更优选地，所述氧气气氛中还包括有稀释气体，所述稀释气体为惰性气体。进一步优选地，所述惰性气体选自氮气、氩气、氦气、氖气、氪气、氙气中的一种或多种。优选地，在步骤1)中，所述氧化气氛的气体流速为10-300ml/min。更优选地，所述氧化气氛的气体流速为150-300ml/min。优选地，在步骤1)中，所述氧化的温度为100-600℃。更优选地，所述氧化的温度为300-500℃。优选地，在步骤1)中，所述氧化的初始温度：室温；升温速率：1-20℃/min；氧化时间：1-10h。更优选地，所述氧化的初始温度：20-30℃；升温速率：1-10℃/min；氧化时间：1-5h。优选地，在步骤1)中，所述还原气氛为氢气气氛或/和一氧化碳气氛。更优选地，所述氢气气氛或/和一氧化碳气氛中还包括有稀释气体，所述稀释气体为惰性气体。进一步优选地，所述惰性气体选自氮气、氩气、氦气、氖气、氪气、氙气中的一种或多种。优选地，在步骤1)中，所述还原气氛的气体流速为10-300ml/min。更优选地，所述还原气氛的气体流速为150-300ml/min。优选地，在步骤1)中，所述还原的温度为100-300℃。更优选地，所述还原的温度为200-300℃。优选地，在步骤1)中，所述还原的初始温度：室温；升温速率：1-20℃/min；还原时间：1-10h。更优选地，所述还原的初始温度：20-30℃；升温速率：1-10℃/min；还原时间：1-5h。优选地，在步骤2)中，所述铜盐溶液为铜盐水溶液。优选地，在步骤2)中，所述铜盐溶液中的铜盐选自硝酸铜、氯化铜、醋酸铜、硫酸铜中的一种或多种。更优选地，所述铜盐选自硝酸铜、醋酸铜、硫酸铜中的一种或多种。优选地，在步骤2)中，所述混合方式选择超声、搅拌中的一种。更优选地，所述超声时间为20-100min。进一步优选地，所述超声时间为30-90min。更优选地，所述搅拌时间为20-100min。进一步优选地，所述搅拌时间为30-80min。优选地，在步骤2)中，所述置换反应的温度为20-500℃。更优选地，所述置换反应的温度为50-120℃。优选地，在步骤2)中，所述铜盐溶液中Cu离子的摩尔浓度为0.01-0.1mol/L(M)。优选地，在步骤3)中，所述焙烧气氛选自空气气氛、氯气气氛、氧气气氛中的一种或多种。更优选地，所述焙烧气氛为氧气气氛。更优选地，所述氧气气氛中还包括有稀释气体，所述稀释气体为惰性气体。进一步优选地，所述惰性气体选自氮气、氩气、氦气、氖气、氪气、氙气中的一种或多种。优选地，在步骤3)中，所述焙烧气氛的气体流速为10-300ml/min。更优选地，所述焙烧气氛的气体流速为150-300ml/min。优选地，在步骤3)中，所述焙烧的温度为100-500℃。更优选地，所述焙烧的温度为250-350℃。优选地，在步骤3)中，所述焙烧的初始温度：室温；升温速率：1-20℃/min；焙烧时间：1-100h；反应压力：0-3MPa。更优选地，所述焙烧的初始温度：20-30℃；升温速率：1-10℃/min；焙烧时间：2-20h；反应压力：0-1MPa。本专利技术第二方面提供一种在Ni上生长Cu纳米线获得的催化剂，由上述制备方法制得。本专利技术第三方面提供一种在Ni上生长Cu纳米线获得的催化剂的用途，用于构建非酶葡萄糖传感器。优选地，所述非酶葡萄糖传感器用于恒电位法检测葡萄糖，施加电压为0.2-1.0V。如上所述，本专利技术提供的一种在Ni上生长Cu纳米线获得的催化剂及其制备方法和应用，使用一种简单方法在Ni上生长Cu纳米线。由于Ni和Cu都是对葡萄糖有催化活性的金属，制备获得的在Ni上生长Cu纳米线的催化剂，能够构建非酶葡萄糖传感器用于对葡萄糖的检测。本专利技术所得催化剂具有低温高活性，成本低廉、制备简便以及易于工业放大等优点。由于酶生物传感器在应用中的缺陷日益明显，非酶生物传感器受到更大的关注。本专利技术构建的非酶生物传感器具有良好的电催化活性，良好的抗干扰能力，线性范围广，检测限低，灵敏度高，选择性好，重现性高且有良好的稳定性的特点。附图说明图1显示为本专利技术的一种在Ni上生长Cu纳米线获得的催化剂的SEM图。具体实施方式下面结合具体实施例进一步阐述本专利技术，应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的保护范围。以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在Ni上生长Cu纳米线获得的催化剂的制备方法，包括以下步骤：1)将基底Ni在氧化气氛下进行氧化后，再在还原气氛下进行还原；2)再将步骤1)中获得的产物与铜盐溶液混合，进行置换反应，将Cu置换到基底Ni上，获得NiCu基底；3)将步骤2)中的NiCu基底在焙烧气氛下进行焙烧，即得所需在Ni片上生长Cu纳米线获得的催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种在Ni上生长Cu纳米线获得的催化剂的制备方法，包括以下步骤：1)将基底Ni在氧化气氛下进行氧化后，再在还原气氛下进行还原；2)再将步骤1)中获得的产物与铜盐溶液混合，进行置换反应，将Cu置换到基底Ni上，获得NiCu基底；3)将步骤2)中的NiCu基底在焙烧气氛下进行焙烧，即得所需在Ni片上生长Cu纳米线获得的催化剂。2.根据权利要求1所述的一种在Ni上生长Cu纳米线获得的催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤1)中，所述基底Ni选自镍片、镍丝、镍箔、泡沫镍中的一种。3.根据权利要求1所述的一种在Ni上生长Cu纳米线获得的催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤1)中，所述氧化气氛选自空气气氛、氯气气氛、氧气气氛中的一种。4.根据权利要求1所述的一种在Ni上生长Cu纳米线获得的催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤1)中，所述氧化的温度为100-600℃。5.根据权利要求1所述的一种在Ni上生长Cu纳米线获得的催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤1)中，所述还原气氛为氢气气氛或/和一氧化碳气氛。6.根据权利要求5所述的一种在Ni上生长Cu纳米线获得的催化剂的制备方法，其特征在于，所述氢气气氛或/和一氧化碳气氛中还包括有稀释气体，所述稀释气体为惰性气体；所述惰性气体选自氮气、氩气、氦气、氖气、氪气、氙气中的一种或多种。7.根据权利要求1所述的一种在Ni上生长Cu纳米线获得的催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤1)中，所述还原的温度为10...

【专利技术属性】
技术研发人员：白晓芳，陈为，南贵珍，葛瑞鹏，张佳舟，马翠杰，王白银，宋艳芳，魏伟，孙予罕，
申请(专利权)人：中国科学院上海高等研究院，
类型：发明
国别省市：上海,31