本发明专利技术属于气敏材料合成技术和电化学检测领域,具体涉及一种含MN2O2单元的碳材料、制备方法与检测一氧化氮的应用。所述MN2O2单元的结构如式I所示:式I中,M=Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn或Bi;R1=
【技术实现步骤摘要】
含MN2O2单元的碳材料、制备方法与检测NO的应用
[0001]本专利技术属于气敏材料合成技术和电化学检测领域,具体涉及一种含MN2O2单元的碳材料、制备方法与检测一氧化氮的应用。
技术介绍
[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解,而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]一氧化氮作为新被认识的信息分子和“明星分子”,由于其在生物体内重要的生理作用和破坏臭氧层的重要因素之一,而引起生命科学及其相关学科的广泛关注。最近又有报道一氧化氮对植物生长发育和防御病毒等起着重要的调节作用。就检测纯一氧化氮气体而言,目前面临的主要问题包括:
[0004](1)由于一氧化氮带有未配对的自由基电子,其化学性质非常活泼且半衰期较短。检测过程需要避免接触氧气,这要求检测过程需要在极短的时间内完成。
[0005](2)由于一氧化氮分子的不稳定性,在制备低浓度的一氧化氮时,稀释的下限为5ppb,这不利于一氧化氮传感器材料的研究。
[0006]现有的测定一氧化氮的方法很多,主要有分光光度法、电子自旋光谱法、化学荧光法、电化学法、生物鉴定法、电磁共振谱法、化学发光法、激光诱导荧光法等。其中电化学法测定兼具实时、连续和现场诸特性而被广泛推广应用,因此,开发出基于电化学手段,可直接用于检测一氧化氮的高效气体传感器材料具有重要意义。
[0007]目前,金属
‑
salen交联材料被广泛用于电化学法进行一氧化氮检测,如现有技术中公开了一种Co
‑
salen/Nafion修饰电极,一氧化氮能够在Co
‑
salen/Nafion膜修饰电极上发生电催化氧化,进而能够测定天然海水中一氧化氮,但这种金属
‑
salen材料为均相材料,在水溶液中应用后难以回收,而且金属
‑
salen材料自身的催化活性有限,因此在一氧化氮量较低时难以进行灵敏检测。另外,金属
‑
salen材料的导电性不高,用于电化学法检测一氧化氮时,效率较低。
技术实现思路
[0008]为了解决现有技术的不足,本专利技术提供一种含MN2O2单元的碳材料及其制备方法与在检测一氧化氮中的应用,本专利技术采用含MN2O2单元的碳材料来进行一氧化氮的检测,具有特殊结构的MN2O2单元能够提供优异的一氧化氮催化活性,进而具有更低的检测限,能够实现灵敏检测。而且,碳材料的引入能够提供良好的导电性,提高检测效率。同时,该材料为非均相材料,检测水溶液中的一氧化氮时,不溶于水,可进行回收利用,大大降低检测成本。
[0009]为实现上述专利技术目的,本专利技术第一方面提供一种含MN2O2单元的碳材料,所述MN2O2单元的结构如式I所示:
[0010][0011]式I中,M=Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn或Bi;R1=
‑
CH2‑
CH2‑
、
‑
Ph
‑
(
‑
Ph
‑
为苯基)或
‑
Ch
‑
(
‑
Ch
‑
为环己烷基)。
[0012]本专利技术第二方面提供一种上述含MN2O2单元的碳材料的制备方法,包括如下步骤:
[0013]将前驱体M
‑
Salen与碳材料以一定比例球磨并在高温下煅烧,制得含MN2O2单元碳材料。
[0014]本专利技术第三方面提供一种上述含MN2O2单元的碳材料在检测一氧化氮中的应用。
[0015]本专利技术的一个或多个实施方式至少具有以下有益效果:
[0016](1)本专利技术采用含MN2O2单元的碳材料来进行一氧化氮的检测,具有特殊结构的MN2O2单元能够提供优异的一氧化氮催化活性,使得这种含MN2O2单元的碳材料应用于实际一氧化氮含量检测的过程中,具有低的检测限,尤其在针对人体呼出气检测的过程中,最低检测浓度能达到8ppb,实现高灵敏检测。
[0017](2)本专利技术所提供的含MN2O2单元的碳材料为非均相材料,检测一氧化氮时,不易溶于水中,那么在检测结束后可进行回收,实现反复利用,大大降低了检测成本,同时也避免了对水体的污染。
[0018](3)本专利技术将MN2O2单元负载于碳材料中,碳能够为MN2O2单元提供优异的导电性,使得含MN2O2单元的碳材料在应用于电化学法一氧化氮检测时,具备更佳的检测效果。
[0019](4)该含MN2O2单元碳材料的合成条件操作简便,此外,用于负载的碳材料廉价易得,因此,实施例1中的含MN2O2单元的碳材料可大批量合成。
附图说明
[0020]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解,本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术,并不构成对本专利技术的不当限定。
[0021]图1为本专利技术所提供的含MN2O2单元碳材料的制备流程示意图;
[0022]图2为实施例1中含NiN2O2单元碳材料的高分辨电镜图;
[0023]图3为实施例1中含NiN2O2单元碳材料的球差电镜图;
[0024]图4为实施例1中含NiN2O2单元碳材料的元素分布图;
[0025]图5为实施例1中含NiN2O2单元碳材料检测溶液相一氧化氮的循环伏安曲线;
[0026]图6为实施例1中含NiN2O2单元碳材料检测人体呼出气一氧化氮的浓度与峰电流对比图;
[0027]图7为实施例1中前驱体Ni
‑
Salen和含NiN2O2单元碳材料检测8ppb的人体呼出气一氧化氮的峰电流对比图;
[0028]图8为实施例1中含NiN2O2单元碳材料检测溶液相中1.8nM的一氧化氮的时间与峰电流对比图。
具体实施方式
[0029]应该指出,以下详细说明都是示例性的,旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0030]需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0031]正如
技术介绍
所介绍的,现有技术中广泛被用于一氧化氮检测的Co
‑
salen材料为均相材料,在水溶液中应用后难以回收,而且Co
‑
salen材料自身的催化活性有限,因此在一氧化氮一氧化氮量较低时难以进行灵敏检测。另外,金属
‑
salen材料的导电性不高,用于电化学法检测一氧化氮时,效率较低。
[0032]为了解决如上的技术问题,本专利技术第一方本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种含MN2O2单元的碳材料,所述MN2O2单元的结构如式I所示:式I中,M=Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn或Bi;R1=
‑
CH2‑
CH2‑
、
‑
Ph
‑
或
‑
Ch
‑
。2.权利要求1所述的含MN2O2单元的碳材料的制备方法,其特征在于:将前驱体M
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Salen与碳材料以一定比例球磨并在高温下煅烧,制得含MN2O2单元碳材料。3.如权利要求2所述的制备方法,其特征在于:碳材料包括商业的碳材料及通过常规的实验技术制备得到的碳材料,优选为乙炔黑、炭黑、石墨烯、碳纳米管中的一种或多种。4.如权利要求2所述的制备方法,其特征在于:前驱体M
‑
Salen与碳材料的质量之比为1:1
‑
100,优选为1:1。5.如权利要求2所述的制备方法,其特征在于:煅烧温度为200
‑
900℃,优选为300
‑
900℃,煅烧时间为1
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【专利技术属性】
技术研发人员:邓伟侨,周威,杨丽,谭怡,吴昊,
申请(专利权)人:山东大学,
类型:发明
国别省市:
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