一种镍铝水滑石氧化物/碳量子点/纳米金复合薄膜修饰电极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种镍铝水滑石氧化物/碳量子点/纳米金复合薄膜修饰电极及其制备方法。该方法包括以下步骤：以氢氧化钠作为电解质，乙二醇作为碳量子点的前驱体，配制氢氧化钠和乙二醇的混合水溶液；对得到的混合水溶液通电电解制备碳量子点水溶液；将过量的碳量子点水溶液与氯金酸溶液混合反应，制备含碳量子点和纳米金的混合溶液；再将镍铝水滑石氧化物分散在Nafion溶液中，得到悬浊液；将悬浊液滴加在电极上，烘干；再滴加含碳量子点和纳米金的混合溶液，烘干，得到所述镍铝水滑石氧化物/碳量子点/纳米金复合薄膜修饰电极。该复合薄膜修饰电极比表面积大、催化性好、吸附性强并且具有类过氧化物酶的活性。

Nickel aluminum hydrotalcite oxide / carbon quantum dots / nano gold composite film modified electrode and preparation method thereof

The invention discloses a Ni-Al hydrotalcite oxide/carbon quantum dot/nano-gold composite film modified electrode and a preparation method thereof. The method consists of the following steps: preparing a mixed aqueous solution of sodium hydroxide and ethylene glycol with sodium hydroxide as electrolyte and ethylene glycol as precursor of carbon quantum dots; preparing an aqueous solution of carbon quantum dots by electrolysis of the obtained mixed aqueous solution; and preparing an excess aqueous solution of carbon quantum dots by mixing the aqueous solution of carbon quantum dots with chloroauric acid solution. A mixed solution of carbon-containing quantum dots and nano-gold is prepared, and then the Ni-Al hydrotalcite oxide is dispersed in Nafion solution to obtain a suspension solution; the suspension droplets are added to the electrode and dried; and the mixed solution of carbon-containing quantum dots and nano-gold is dried to obtain the Ni-Al hydrotalcite oxide/carbon quantum dots/nano-gold composite film for repair. Ornament electrode. The composite film modified electrode has the advantages of large specific surface area, good catalysis, strong adsorption and peroxidase-like activity.

【技术实现步骤摘要】
一种镍铝水滑石氧化物/碳量子点/纳米金复合薄膜修饰电极及其制备方法
本专利技术涉及一种镍铝水滑石氧化物/碳量子点/纳米金复合薄膜修饰电极及其制备方法。
技术介绍
水滑石(LDH)，是一类层状结构的阴离子粘土，它具有碱性特征、微孔结构、记忆效应、插层功能及层间阴离子的可交换性和电化学性能，因此在很多方面如吸附，电化学，光化学，医药，催化等方面有很广泛的应用。水滑石因其大的比表面，层板带正电容易与带负电的物质相结合，并且层间容易接受客体分子，当用过渡金属作为LDH的层板组成元素，在发生化学反应的过程中，会有电子得失，故水滑石纳米材料的电催化性好，选择性高，转化率高且不容易失活，因而LDH在电化学领域将有广阔的应用前景。LDH加热到一定温度发生分解，热分解过程包括脱层间水，脱碳酸根离子，层板羟基脱水等步骤。在空气中低于200℃时，仅失去层间水分，对其结构无影响，当加热到250～450℃时，失去更多的水分，同时有CO2生成，加热到450～500℃时，CO32-消失，完全转变为CO2，生成双金属复合氧化物(LDO)。在加热过程中，LDH的有序层状结构被破坏，表面积增加，孔容增加。焙烧产物水滑石氧化物的性能更加优异，具有更好的热稳定性、更大的比表面积和良好的记忆效应、吸附功能和催化性能。碳量子点(C-dots)是一类尺寸小于10nm的新型碳纳米材料，内部是由sp2结构的碳原子构成，外部是由sp3结构的碳原子构成，其表面含有大量的羟基、羧基等水溶性官能团，因此可以在水溶液中很稳定的分散存在，碳量子点在生物传感器、生物成像、光电器件、光催化技术和药物载体等方面有较好的应用。碳量子点不仅具有类似于传统半导体量子点的发光性能与小尺寸特性，而且还具有制备简单，比表面积大，水溶性好，生物毒性低等优点。并且，碳量子点表面含有丰富的含氧官能团，可和其它物质间形成氢键，从而表现较强的亲和性。纳米金(AuNPs)具有高电子密度、介电特性和催化作用，能与多种生物分子结合，且不影响其生物活性。纳米金有着很好的电子传导和化学稳定等特性，可以强烈地吸附生物分子，纳米金还能降低一些物质在电极上发生反应的氧化还原的电位，并催化这些物质在电极上的电化学氧化还原反应，广泛应用于分析和化学传感领域。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是，电极改性材料的比表面积小、催化性不好、吸附性不强并且具有酶活性差等，同时，碳量子点的合成方法复杂，成本较高，存在环境污染等；纳米金的分散性差，合成重现性差，活性不高等。本专利技术提供一种镍铝水滑石氧化物/碳量子点/纳米金复合薄膜修饰电极的制备方法，包括以下步骤：(1)以氢氧化钠作为电解质，乙二醇作为碳量子点的前驱体，配制氢氧化钠和乙二醇的混合水溶液；对得到的混合水溶液通电电解；用酸调节电解后的溶液pH至中性；对调节pH值后的溶液进行透析，得到碳量子点水溶液；(2)将过量的碳量子点水溶液与氯金酸溶液混合反应，得到含碳量子点和纳米金的混合溶液；(3)制备镍铝水滑石，将镍铝水滑石煅烧得到镍铝水滑石氧化物；将镍铝水滑石氧化物分散在Nafion溶液中，得到悬浊液；将悬浊液滴加在电极上，烘干；再滴加含碳量子点和纳米金的混合溶液，烘干，得到所述镍铝水滑石氧化物/碳量子点/纳米金复合薄膜修饰电极。优选地，步骤(3)中，将可溶性镍盐与可溶性铝盐溶于水中，在搅拌的条件下，加入碳酸钠与氢氧化钠的混合水溶液，并使pH值为10.5～11.5，反应10～12h后过滤，收集沉淀，洗涤至中性后烘干，得到镍铝水滑石。优选地，将镍铝水滑石在温度为350～450℃的条件下煅烧3～5h后得到镍铝水滑石氧化物。优选地，可溶性镍盐与可溶性铝盐均为硝酸盐。优选地，步骤(1)中，电解的条件为：在电解质溶液中浸入两个惰性电极，保持电解电压为30～35V，电流为1～1.5A，在50-70℃的条件下电解并搅拌1～2h至溶液为棕色。优选地，步骤(1)中，每5mL水中加入150～170mL乙二醇和2.0～3.0g氢氧化钠，配制混合水溶液。优选地，步骤(1)中，使用1000Da的透析袋进行透析。优选地，步骤(1)中，用2～8mol/L的盐酸调节电解后的溶液pH至中性。优选地，步骤(2)中，每5-15mL碳量子点水溶液与4mL浓度为1mmol/L氯金酸溶液混合，反应15-30min得到含碳量子点和纳米金的混合溶液。本专利技术还提供上述制备方法获得的镍铝水滑石氧化物/碳量子点/纳米金复合薄膜修饰电极。作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供一种碳量子点的制备方法，包括以下步骤：(1)以氢氧化钠作为电解质，乙二醇作为碳量子点的前驱体，配制氢氧化钠和乙二醇的混合水溶液；(2)对步骤(1)得到的混合水溶液通电电解，(3)用酸调节电解后的溶液pH至中性；(4)对调节pH值后的溶液进行透析，得到碳量子点水溶液。作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供一种纳米金的制备方法，将碳量子点水溶液与氯金酸溶液混合反应，得到纳米金。优选地，将上述的制备方法获得的碳量子点水溶液与氯金酸溶液混合反应，得到纳米金。优选地，每5-15mL碳量子点水溶液与4mL浓度为1mmol/L氯金酸溶液混合，反应15-30min，制备得到纳米金(此时碳量子点过量，得到碳量子点与纳米金的混合水溶液)。作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供一种复合薄膜的制备方法，所述复合薄膜为镍铝水滑石氧化物/碳量子点/纳米金复合薄膜，其制备方法是：将镍铝水滑石氧化物分散在Nafion溶液中，得到悬浊液，将悬浊液滴加在基体上，烘干，再滴加含碳量子点和纳米金的溶液，烘干，得到所述复合薄膜。优选地，所述含碳量子点和纳米金的溶液是由氯金酸溶液与过量的碳量子点水溶液混合反应得到。以Ni/Al-LDO为载体，将其分散到Nafion溶液中形成纳米复合薄膜，制备基于水滑石氧化物/碳量子点/纳米金/Nafion纳米复合薄膜修饰电极。利用纳米金的高比表面积、良好的生物相容性和水滑石氧化物的吸附功能，提高复合膜的分散性，同时表面存在羧基、羟基等基团，能降低分子之间的范德华力，使得分散体系更加稳定。这种高分散性能使得制备的纳米复合膜能与电极表面结合紧密，提高电子传递速率。构筑的薄膜表面分散均匀，结构稳定，厚度纳米尺度可控，从而提高复合薄膜修饰电极的催化性能，显著提高检测的灵敏度和检测范围，并具有良好的选择性和重现性。利用碳量子点合成的纳米金还具有类过氧化物酶的活性，可催化过氧化氢的分解，实现对葡萄糖和半乳糖等生物分子高灵敏、高选择性的电化学识别与检测。本专利技术公开一种镍铝水滑石氧化物-碳量子点-纳米金复合材料，提出了一种新的生物传感界面固定化技术，研制了一种新型电化学生物传感器，提供了传感界面偶联生物分子的功能材料，有利于标记生物分子，使其有潜力成为HRP模拟酶用于生物检测的实际应用。包括以下步骤：1.镍铝水滑石氧化物(Ni/Al-LDO)的制备称取2.0～4.0gNi(NO3)2·6H2O和1.0～2.0gAl(NO3)3·9H2O，溶于100mL的去离子水中，配制成硝酸盐水溶液。称1.0～3.0gNa2CO3和2.0～4.0gNaOH溶于50mL去离子水中，不断搅拌使其全部溶解。将硝酸盐水溶液全部转移到250mL的三口烧瓶中，将烧瓶放入水浴锅中，温度设定为60～70℃，在不断搅拌本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镍铝水滑石氧化物/碳量子点/纳米金复合薄膜修饰电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)以氢氧化钠作为电解质，乙二醇作为碳量子点的前驱体，配制氢氧化钠和乙二醇的混合水溶液；对得到的混合水溶液通电电解；用酸调节电解后的溶液pH至中性；对调节pH值后的溶液进行透析，得到碳量子点水溶液；(2)将过量的碳量子点水溶液与氯金酸溶液混合反应，得到含碳量子点和纳米金的混合溶液；(3)制备镍铝水滑石，将镍铝水滑石煅烧得到镍铝水滑石氧化物；将镍铝水滑石氧化物分散在Nafion溶液中，得到悬浊液；将悬浊液滴加在电极上，烘干；再滴加含碳量子点和纳米金的混合溶液，烘干，得到所述镍铝水滑石氧化物/碳量子点/纳米金复合薄膜修饰电极。

【技术特征摘要】
1.一种镍铝水滑石氧化物/碳量子点/纳米金复合薄膜修饰电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)以氢氧化钠作为电解质，乙二醇作为碳量子点的前驱体，配制氢氧化钠和乙二醇的混合水溶液；对得到的混合水溶液通电电解；用酸调节电解后的溶液pH至中性；对调节pH值后的溶液进行透析，得到碳量子点水溶液；(2)将过量的碳量子点水溶液与氯金酸溶液混合反应，得到含碳量子点和纳米金的混合溶液；(3)制备镍铝水滑石，将镍铝水滑石煅烧得到镍铝水滑石氧化物；将镍铝水滑石氧化物分散在Nafion溶液中，得到悬浊液；将悬浊液滴加在电极上，烘干；再滴加含碳量子点和纳米金的混合溶液，烘干，得到所述镍铝水滑石氧化物/碳量子点/纳米金复合薄膜修饰电极。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，将可溶性镍盐与可溶性铝盐溶于水中，在搅拌的条件下，加入碳酸钠与氢氧化钠的混合水溶液，并使pH值为10.5～11.5，反应10～12h后过滤，收集沉淀，洗涤至中性后烘干，得到镍铝水滑石。3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，将镍铝水滑石在温度为350～450℃的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘梦琴，许志锋，李俊华，曾荣英，
申请(专利权)人：衡阳师范学院，
类型：发明
国别省市：湖南,43