一种磷酸镍/Co-MOFs复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种磷酸镍/Co‑MOFs复合材料及其制备方法和应用，属于电催化剂材料技术领域。该方法中首先将镍盐和磷酸盐溶于水后，加入N,N‑二甲基甲酰胺，混匀后于反应釜内进行水热反应，水热反应结束后过滤取沉淀，将沉淀洗涤干燥后制得纳米磷酸镍；然后将纳米磷酸镍分散于溶剂中，加入钴盐，搅拌1‑5h后再加入2‑甲基咪唑溶液，获得反应液，将反应液搅拌0.5‑5h后静置1‑24h，离心取沉淀，制得磷酸镍/Co‑MOFs复合材料。以该复合材料修饰的电极对葡萄糖的传感灵敏度高，检测限低，可以用于人体血清中葡萄糖的检测。该复合材料制备工艺简单，无需要还原剂、结构导向剂等添加剂，对设备要求不高，成本低，适合工业化生产。

A Nickel Phosphate/Co-MOFs Composite Material and Its Preparation Method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸镍/Co-MOFs复合材料及其制备方法和应用
本专利技术属于电催化剂材料
，具体涉及一种磷酸镍/Co-MOFs复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
正常人血液中葡萄糖含量为3.8-6.9mmol/L，血糖含量超过标准值说明人体出现病变，其中由于胰岛素分泌不足引起的糖尿病就是一种无法治愈的疾病。目前糖尿病威胁全球高达6亿多人健康，糖尿病患者需要每天实时监测体内血糖浓度，因此发展便携式、低成本的葡萄糖传感器具有重要的意义。目前，高效液相色谱法、比色法、化学发光法、荧光法、表面增强拉曼法、质谱法和电化学法都是检测葡萄糖的技术。其中，电化学方法以操作简单、设备成本低、易集成、便携等优点成为目前最具发展潜力的葡萄糖检测手段，该方法中电化学传感器的核心部件是传感器的电催化剂，现在商业的葡萄糖传感器所用的一般为贵金属纳米颗粒。贵金属价格昂贵、且容易失活阻止了其广泛的应用。过渡金属元素具有类似贵金属的高电化学活性，同时储存丰富，价格低，是一类替代贵金属作为葡萄糖传感器的重要电催化剂。为了解决磷酸镍电催化过程中的团聚和比表面积低的问题，本专利技术设计一种开孔MOF支撑的磷酸镍复合催化剂，用于葡萄糖的电催化氧化。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的之一在于提供一种磷酸镍/Co-MOFs复合材料的制备方法；目的之二在于一种磷酸镍/Co-MOFs复合材料；目的之三在于提供一种电化学传感器；目的之四在于提供该电化学传感器在葡萄糖检测中的应用。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：1、一种磷酸镍/Co-MOFs复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：(1)将镍盐和磷酸盐溶于水后，加入N,N-二甲基甲酰胺，混匀后于反应釜内进行水热反应，所述水热反应结束后过滤取沉淀，将所述沉淀进行洗涤干燥后制得纳米磷酸镍；(2)将步骤(1)中制得的纳米磷酸镍分散于溶剂中，然后加入钴盐，搅拌1-5h后再加入2-甲基咪唑溶液，获得反应液，将所述反应液搅拌0.5-5h后静置1-24h，离心取沉淀，制得磷酸镍/Co-MOFs复合材料。优选的，步骤(1)中，所述镍盐中镍元素、磷酸盐中磷元素、水和N,N-二甲基甲酰胺的摩尔比为40:20:5-35:1-9；所述水热反应的条件为在100-180℃，反应3-10h。优选的，步骤(1)中，所述镍盐为硝酸镍、氯化镍或硫酸镍中的一种；所述磷酸盐为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸氢二钠或磷酸二氢钠中的一种。优选的，步骤(1)中，所述干燥具体为在60℃下干燥10h。优选的，步骤(2)中，所述反应液中步骤(1)中制得的纳米磷酸镍、钴盐与2-甲基咪唑的质量比为100:14-742:16-821。优选的，步骤(2)中，所述溶剂为甲醇、N,N-二甲基甲酰胺或乙醇中的一种；所述2-甲基咪唑溶液为2-甲基咪唑甲醇溶液、2-甲基咪唑N,N-二甲基甲酰胺溶液或2-甲基咪唑乙醇溶液中的一种。优选的，步骤(2)中，所述钴盐为硝酸钴、氯化钴或硫酸钴中的一种。2、所述的方法制备的磷酸镍/Co-MOFs复合材料。3、一种电化学传感器，包括电化学工作站、工作电极、对电极、参比电极、电解池和电解液，所述工作电极表面涂覆有所述的磷酸镍/Co-MOFs复合材料。优选的，所述工作电极按如下方法制备：将磷酸镍/Co-MOFs复合材料以1-5mg/mL的配比浓度分散于N,N二甲基甲酰胺中，获得电极修饰溶液，将所述电极修饰溶液涂覆到经打磨、清洗后的电极上，晾干即可。优选的，所述电极为玻碳电极、石墨电极、或金电极中的一种。4、所述的一种电化学传感器在葡萄糖检测中的应用。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供了一种磷酸镍/Co-MOFs复合材料及其制备方法和应用，该方法中通过钴离子和镍离子的交换作用使得纳米磷酸镍能够均匀地负载在Co-MOFs上，而Co-MOFs能够有效阻止纳米磷酸镍的团聚，进而增加纳米磷酸镍的比表面积，使得纳米磷酸镍的电催化氧化葡萄糖的性能提高了21倍。以该复合材料修饰的电极对葡萄糖的传感灵敏度高达2783μA/mM·cm2，检测限低至0.7μmol/L，可以用于人体血清中葡萄糖的检测。该复合材料制备工艺简单，无需要还原剂、结构导向剂等添加剂，对设备要求不高，成本低，适合工业化生产。本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作优选的详细描述，其中：图1为实施例1中制备的纳米磷酸镍的SEM图；图2为实施例1中在制备磷酸镍/Co-MOFs复合材料的过程中形成的Co-MOFs的SEM图；图3为实施例1中制备磷酸镍/Co-MOFs复合材料的SEM图；图4为实施例4中葡萄糖分子在不同材料修饰电极上的电流响应测试结果图；图5为实施例5中不同浓度葡萄糖溶液的i-t曲线图；图6为图5中i-t曲线上电流值随着葡萄糖溶液浓度增加而线性增加的线性曲线图；图7为实施例1中制备的磷酸镍/Co-MOFs复合材料修饰的工作电极的抗干扰测试结果图。具体实施方式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实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。实施例1制备磷酸镍/Co-MOFs复合材料(1)将硝酸镍和磷酸二氢铵溶于去离子水后，加入N,N-二甲基甲酰胺，混匀后于反应釜内在100℃下水热反应5h，水热反应结束后过滤取沉淀，将沉淀进行洗涤在60℃下干燥10h，制得纳米磷酸镍，其中硝酸镍中镍元素、磷酸二氢铵中磷元素、水和N,N-二甲基甲酰胺的摩尔比为40:20:6:9；(2)将步骤(1)中制得的纳米磷酸镍分散于甲醇中，然后加入硝酸钴，搅拌2h后再加入2-甲基咪唑甲醇溶液，获得反应液，将反应液搅拌2h后静置24h，离心取沉淀，制得磷酸镍/Co-MOFs复合材料，其中反应液中步骤(1)中制得的纳米磷酸镍、硝酸钴与2-甲基咪唑的质量比为100:145:324。实施例2制备磷酸镍/Co-MOFs复合材料(1)将硫酸镍和磷酸二氢钠溶于去离子水后，加入N,N-二甲基甲酰胺，混匀后于反应釜内在150℃下水热反应10h，水热反应结束后过滤取沉淀，将沉淀进行洗涤在60℃下干燥10h，制得纳米磷酸镍，其中镍盐中镍元素、磷酸盐中磷元素、水和N,N-二甲基甲酰胺的摩尔比为40:20:35:1；(2)将步骤(1)中制得的纳米磷酸镍分散于乙醇中，然后加入硫酸钴，搅拌1h后再加入2-甲基咪唑乙醇溶液，获得反应液，将反应液搅拌0.5h后静置10h，离心取沉淀，制得磷酸镍/Co-MOFs复合材料，其中反应液中步骤(1)中制得的纳米磷酸镍、钴盐与2-甲基咪唑的质量比为100:14:821。实施例3制备磷酸镍/Co-MOFs复合材料(1)将氯化镍和磷酸氢二铵溶于去离子水后，加入N,N-二甲基甲酰胺，混匀后于反应釜内在180℃下水热反应3h，水热反应结束后过滤取沉淀，将沉淀进行洗涤在60本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磷酸镍/Co‑MOFs复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)将镍盐和磷酸盐溶于水后，加入N,N‑二甲基甲酰胺，混匀后于反应釜内进行水热反应，所述水热反应结束后过滤取沉淀，将所述沉淀进行洗涤干燥后制得纳米磷酸镍；(2)将步骤(1)中制得的纳米磷酸镍分散于溶剂中，然后加入钴盐，搅拌1‑5h后再加入2‑甲基咪唑溶液，获得反应液，将所述反应液搅拌0.5‑5h后静置1‑24h，离心取沉淀，制得磷酸镍/Co‑MOFs复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种磷酸镍/Co-MOFs复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)将镍盐和磷酸盐溶于水后，加入N,N-二甲基甲酰胺，混匀后于反应釜内进行水热反应，所述水热反应结束后过滤取沉淀，将所述沉淀进行洗涤干燥后制得纳米磷酸镍；(2)将步骤(1)中制得的纳米磷酸镍分散于溶剂中，然后加入钴盐，搅拌1-5h后再加入2-甲基咪唑溶液，获得反应液，将所述反应液搅拌0.5-5h后静置1-24h，离心取沉淀，制得磷酸镍/Co-MOFs复合材料。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述镍盐中镍元素、磷酸盐中磷元素、水和N,N-二甲基甲酰胺的摩尔比为40:20:5-35:1-9；所述水热反应的条件为在100-180℃，反应3-10h。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述镍盐为硝酸镍、氯化镍或硫酸镍中的一种；所述磷酸盐为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸氢二钠或磷酸二氢钠中的一种。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述反应液中步骤(1)中制得的纳米磷酸镍、钴...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖丽丽，唐小英，赵盛志，赵青，朱成杰，黄欢，蒋金，
申请(专利权)人：四川轻化工大学，
类型：发明
国别省市：四川,51