一种TiO2-石墨烯-聚苯胺非酶传感器的制备及应用制造技术

本发明专利技术属于电化学传感器领域，尤其是一种基于TiO2‑石墨烯‑聚苯胺(TiO2‑RGO‑PANI)的非酶传感器的制备方法。本发明专利技术针对传感器材料、技术方面的落后，提供了一种TiO2‑RGO‑PANI的非酶传感器的制备方法。本发明专利技术采用一锅法制备复合材料，同步对比了TiO2、RGO、PANI单元物质对非酶葡萄糖传感器的性能研究，确定TiO2‑RGO‑PANI复合材料对非酶葡萄糖传感器具有良好的检测效果。进一步对比修饰电极上葡萄糖的电化学行为，电化学测试结果表明，随着扫描速度的增加，氧化峰电流也相应地增加，TiO2‑RGO‑PANI复合材料对葡萄糖的效果是不可逆的。在不同尿素浓度范围内，尿素浓度在2μM时，响应电流最大，检测极限为7.46μM。

【技术实现步骤摘要】
一种TiO2-石墨烯-聚苯胺非酶传感器的制备及应用
本专利技术属于电化学传感器领域，尤其是一种TiO2-石墨烯-聚苯胺(TiO2-RGO-PANI)非酶传感器的制备方法。
技术介绍
传感器是一种器件或装置，它能够感知给定的原件，并根据一定的规律将其转换为可用信号，通常由敏感元件和转换原件组成。并且它是将自然界难以直接测得的信号转换成电化学信号的器件称之为电化学传感器。并且传感器因其技术含量高、应用范围广、经济效益好，以及市场前景广阔等特点，引起了世界各国的广泛关注。早在20世纪80年代，美国就成立了国家技术小组(BTG)，专门从事传感器技术开发工作，为各大公司与国家环境医疗部门研发各类可靠的的传感器。目前在西方国家已有广泛的基础研究以及成熟的实际应用，而我国的非酶传感器技术还处在大规模的实验室研究阶段，并且我国现有的传感器检测水平无法适应我国经济与科技的迅速发展及人们对于环境要求的提高。我国传感器核心部件如信号处理和识别元件大部分依赖进口，核心技术掌握不足的现状亟待改变。采用电化学传感器对尿素进行定量测试，既避免了使用复杂的仪器，方便快捷，又能降低测试成本，实现精确测定。在目前研究阶段，开发性能优异的复合材料是目前研究的重点。
技术实现思路
本专利技术与传统的酶传感器相比，导电效率得到提高。修饰电极的材料是非生物类物质，能够有效避免温度，空气，酸碱性等环境因素的影响，有助于提高传感器的使用活性、稳定性以及定向选择性。本专利技术制备的TiO2-RGO-PANI复合材料具有优异的电化学性能。葡萄糖是生物体内新陈代谢过程中不可缺少的营养物质，它发生氧化反应放出的热量是人类生命活动所需能量的重要来源。但是随着生活水平的提高，糖尿病发病率连年上升，可靠灵敏的检测血糖浓度对糖尿病的预防尤为重要。因此，寻找一种价格低廉，性能优异的葡萄糖传感器一直都是传感器研究领域的研究热点。TiO2是一种非常具有研究应用潜力的材料，无毒，对环境友好，耐腐烛，生物相容性好。化学传感器中的石墨烯，能够提高某些重要分子的电化学响应信号，促进电极与底物间的电子传递。聚苯胺具有导电性好、成本低、化学稳定性好、环境稳定、易于合成等特点，是电化学传感领域中应用最为广泛的导电聚合物。因此TiO2-RGO-PANI复合材料在非酶葡萄糖传感器中有着很好的应用前景。本专利技术所采用的技术方案为：一种以一锅法制备的TiO2-RGO-PANI复合材料，其特征在于：用化学氧化法制备聚苯胺，并且在聚苯胺制备过程中依次加入TiO2、RGO，最后得到的产物就是TiO2-RGO-PANI复合材料。上述的一锅法制备的TiO2-RGO-PANI复合材料，其制备方法如下：(1)将石墨片剪成条状，备用。配置pH＝1的硫酸溶液，将铂丝放在电解阴极，条状石墨烯放在阳极，调节电压为恒定值20V。每隔半小时换条状石墨烯，将电解所得的上层石墨烯溶液超声两个小时左右，抽滤水洗至中性，将抽滤所得的石墨烯放在瓶中。(2)取2.5mol/LTiCl4溶于500mL三口烧瓶中，25℃恒温搅拌，量取1.5mol/L的NaOH溶液滴液于漏斗中，逐滴加入到三口烧瓶中，充分搅拌半个小时，开温水浴80℃，恒温晶化，反应2h，向溶液中逐滴滴加1.5mol/L的NaOH溶液中和至pH＝7，然后趁热抽滤，烘干，成型，得到TiO2。(3)将An和SDBS溶解在0.5mol/L硫酸溶液中(标记溶液A)，其中硫酸作为质子酸掺杂剂。然后加入过硫酸铵溶解在0.5mol/L硫酸(标记溶液B)中，将所得溶液B缓慢滴加到混合溶液中，并在搅拌状态下用滴液漏斗滴加苯胺(大约每3秒一滴)。之后，混合液体保持在0℃，连续搅拌8小时然后放置一夜，在搅拌过程中加入步骤1、步骤2制备好的TiO2、RGO。过滤所得混合物用蒸馏水和乙醇洗涤直到滤液为止无色，然后在60℃下干燥24小时，研磨得到TiO2-RGO-PANI均质粉末。本专利技术的有益效果为：1、采用导电聚合物和石墨烯作为载体材料，因为导电聚合物具有导电性好、成本低、化学稳定性好、环境稳定、以及合成方法简单，石墨烯也表现出优异的物理和电化学性能，如良好的电子迁移率、较高的热导率、更大的比表面积、更宽的电化学势窗口，所以我们将TiO2负载到载体上，这样形成的催化剂电化学性能优异、稳定性能好。2、金属氧化物具有比表面积大，但是其本身的导电性能较差，为了改善其导电性，将金属氧化物添加到导电聚合物和石墨烯中，可以大大提升其导电性。附图说明图1为TiO2-RGO-PANI复合材料的XRD图。图2为TiO2-RGO-PANI复合材料的重现性。具体实施方式下面结合实施例和比较例，具体说明一种以一锅法制备的TiO2-RGO-PANI复合材料。实施例1：(1)将石墨片剪成条状，备用。配置ph＝1的硫酸溶液，将铂丝放在电解阴极，条状石墨烯放在阳极，调节电压为恒定值20V。每隔半小时换条状石墨烯，将电解所得的上层石墨烯溶液超声两个小时左右，抽滤水洗至中性，将抽滤所得的石墨烯放在瓶中。(2)取2.5mol/LTiCl4溶于500mL三口烧瓶中，25℃恒温搅拌，量取1.5mol/L的NaOH溶液滴液于漏斗中，逐滴加入到三口烧瓶中，充分搅拌半个小时，开温水浴80℃，恒温晶化，反应2h，向溶液中逐滴滴加1.5mol/L的NaOH溶液中和至pH＝7，然后趁热抽滤，烘干，成型，得到TiO2。(3)将An和SDBS溶解在0.5M硫酸溶液中(标记溶液A)，其中硫酸作为质子酸掺杂剂。然后加入过硫酸铵溶解在0.5M硫酸(标记溶液B)中，将所得溶液B缓慢滴加到混合溶液中，并在搅拌状态下用滴液漏斗滴加苯胺(大约每3秒一滴)。之后，混合液体保持在0℃，连续搅拌8小时然后放置一夜，在搅拌过程中加入步骤1、步骤2制备好的TiO2、RGO。过滤所得混合物用蒸馏水和乙醇洗涤直到滤液为止无色，然后在60℃下干燥24小时，研磨得到TiO2-RGO-PANI均质粉末。图1为TiO2-RGO-PANI复合材料的XRD图，从图中可以看到2θ＝25.76°的强峰对应石墨烯PDF(002)晶面。2θ＝20.42°、25.32°处有两处宽峰对应聚苯胺，且对应的晶面格是(020)、(200)。在2θ＝25.3、38°、47.7°、54.8°处分别对应于TiO2的(101)、(004)、(105)、(204)晶面。从复合材料的XRD图谱中可以看出大约在2θ＝25处有一个强峰出现，因为石墨烯、聚苯胺、二氧化钛在25°处都有一个衍射峰，复合材料25°处出现一个强峰，由此可以判断三个峰相互重叠，在2θ＝38°、47.7°、54.8°处也出现了衍射峰，因此可以证TiO2-RGO-PANI被成功制备。图2为TiO2-RGO-PANI复合材料的重现性。当电极的重现性不好，那么其使用寿命也就短。因此，除了研究电极材料对葡萄糖的传感性能外，电极材料的重现性在对实际样品的检测中也有非常重要的影响，只有具有优秀重现性的葡萄糖传感器才能实现长期有效的应用。由于DPV的灵敏度比CV好，因此我们采用DPV法来检测电极的重复性，使用同一根电极将其置于15个含有相同浓度的2mM葡萄糖的0.1MNaOH的电解液中，连续测量15次，从图中可以看出其还原电流基本上没有什么变化，其标准偏差为7.3％。表明本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种以一锅法制备的TiO2‑石墨烯‑聚苯胺(TiO2‑RGO‑PANI)复合材料，其特征在于：用化学氧化法制备聚苯胺，并且在聚苯胺制备过程中依次加入TiO2、RGO，最后得到TiO2‑RGO‑PANI复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种以一锅法制备的TiO2-石墨烯-聚苯胺(TiO2-RGO-PANI)复合材料，其特征在于：用化学氧化法制备聚苯胺，并且在聚苯胺制备过程中依次加入TiO2、RGO，最后得到TiO2-RGO-PANI复合材料。2.根据权利要求1，一锅法制备的TiO2-RGO-PANI复合材料，其特征在于：TiO2-RGO-PANI复合材料进行电化学测试时，电位范围为-1.6V～+1.2V，扫描速度80mV/s，电解液为0.1mol/LNaOH+2mmol/L葡萄糖。3.根据权利要求1或2，一种以一锅法制备的TiO2-RGO-PANI复合材料，其特征在于：(1)将石墨片剪成条状，备用。配置pH＝1的硫酸溶液，将铂丝放在电解阴极，条状石墨烯放在阳极，调节电压为恒定值20V。每隔半小时换条状石墨烯，将电解所得的上层石墨烯溶液超声两个小时左右，抽滤、水洗至中性，将抽滤所得的石墨烯放在瓶中。(2)取2.5mol/LTiCl4溶于500mL三口烧瓶中，25℃恒温搅拌，量取1.5mol/L的NaOH溶液滴液于漏斗中，逐滴加入到三...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢爱娟，杜佳雯，陶宇炜，纪梁，陈培伍，潘菲，朱仕超，陶凤，陶依洋，罗士平，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32