氮掺杂MXene/MOF衍生复合材料和甲醛传感器的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种氮掺杂MXene/MOF衍生复合材料和甲醛传感器的制备方法，其中：步骤S1，将氟化锂在搅拌的过程中加入到含有盐酸的瓶中，搅拌使其充分溶解，加入研磨后的Ti3AlC2，在35℃下反应得到Ti3C2T

【技术实现步骤摘要】
氮掺杂MXene/MOF衍生复合材料和甲醛传感器的制备方法


[0001]本专利技术属于电化学
，涉及无酶传感器，具体涉及一种氮掺杂MXene/MOF衍生复合材料和甲醛传感器的制备方法。

技术介绍

[0002]甲醛(HCHO)，是一种无色、具有特殊刺激性气味的气体，其用途非常广泛，在生活、食品、家具、建筑材料以及消毒和防腐过程中起到重要作用。然而，在化工和制药等行业中所排放的废水中含有大量的甲醛且极易挥发，对皮肤有刺激作用，会引起皮炎、色斑、坏死，甚至与人体的蛋白质、DNA等有机物结合而诱发癌症，因而甲醛在2017年和2019年分别被世卫组织列为一类致癌物和有毒有害水污染名录。根据《生活饮用水卫生标准》，中国自来水甲醛标准最大值为0.9mg/L。因此，对甲醛的灵敏检测是亟需解决的问题。
[0003]现有技术中，对甲醛的检测方法主要集中在分光光度法、生物传感器、色谱法和声表面波传感器等。色谱法虽然结果可靠准确，但设备价格高昂，且经常与其它检测手段联用，检测步骤繁琐。而光化学传感器方法虽然操作较为方便和反应快，但是它们大多存在选择性不高，受环境因素影响大等问题。生物传感器则由于其稳定性差、寿命短和种类单一也难以被推广使用。电化学分析法分为直接电化学法和间接电化学法，且由于简单高效、抗干扰能力强、灵敏度高等被广泛应用于环境检测领域。直接电位法是利用电化学传感器直接对甲醛进行检测，但截至目前为止，已被报道的电化学甲醛传感器虽然可以对甲醛进行快速检测，但仍然未解决选择性较差等问题。虽然已有采用电化学法检测甲醛的技术方案，如专利申请号为201410104072.0和202010324596.6等的中国专利技术专利中的报道，但其检测的稳定性和重现性仍需提高。因此，开发快速、选择性高、准确又灵敏的电化学甲醛传感器具有重要意义。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于，提供一种氮掺杂MXene/MOF衍生复合材料和甲醛传感器的制备方法，以解决现有技术中的甲醛传感器检出限不够低、选择性低和稳定性差等技术问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案予以实现：
[0006]一种氮掺杂MXene/MOF衍生复合材料的制备方法，该方法按照以下步骤进行：
[0007]步骤S1，将氟化锂在搅拌的过程中加入到含有盐酸的瓶中，搅拌使其充分溶解，加入研磨后的Ti3AlC2，继续搅拌，得到混合物；将混合物在35℃下反应蚀刻24h并搅拌，蚀刻后洗涤，直到上清液的pH≥6，在N2保护下超声处理，离心后，将所得粉末冷冻干燥，得到Ti3C2T
x
；
[0008]步骤S2，将步骤S1制得的Ti3C2T
x
置于管式炉中，在保护气体气氛下进行第一次煅烧；然后在保护气体的连续流动下冷却后，再次进行第二次煅烧，得到黑色粉末；
[0009]步骤S3，将步骤S2制得的黑色粉末加入到混合溶剂中，超声后再将金属源六水合
硝酸镍、金属源六水合硝酸钴和有机配体2
‑
氨基对苯二甲酸加入其中，搅拌后加入三乙胺后继续搅拌，静置、离心后真空干燥得到氮掺杂MXene/MOF衍生复合材料。
[0010]本专利技术还具有如下技术特征：
[0011]步骤S1中，1g氟化锂对应加入20mL浓度为9M的盐酸和1gTi3AlC2；所述的洗涤的方式为用去离子水和无水乙醇离心洗涤5次。
[0012]步骤S2中，所述的保护气体为氮气；所述的第一次煅烧的温度为200℃，时间为1h；所述的第二次煅烧的温度为500℃，时间为1h；
[0013]步骤S3中，所述的搅拌为磁力搅拌；所述的混合溶剂为N,N
‑
二甲基甲酰胺、无水乙醇和去离子水按照体积比为16:1:1配制的混合溶剂。
[0014]步骤S3中，每5mg黑色粉末对应加入0.0891g金属源六水合硝酸镍、0.0891g金属源六水合硝酸钴和0.1358g有机配体2
‑
氨基对苯二甲酸和800μL三乙胺。
[0015]本专利技术还保护一种基于氮掺杂MXene/MOF衍生复合材料的甲醛传感器的制备方法，该方法中，所述的甲醛传感器以饱和甘汞电极作为参比电极，铂丝作为对电极，掺杂电极作为工作电极；
[0016]所述的掺杂电极采用氮掺杂MXene/MOF衍生复合材料作为基底材料；
[0017]所述的氮掺杂MXene/MOF衍生复合材料采用如上所述的氮掺杂MXene/MOF衍生复合材料的制备方法制得。
[0018]具体的，所述的掺杂电极的制备方法按照以下步骤进行：
[0019]步骤一，取所述的氮掺杂MXene/MOF衍生复合材料、石墨粉和液体石蜡将其混合并进行持续搅拌直到获得均一的膏体碳糊；
[0020]步骤二，将步骤一制得的膏体碳糊压实于管中，插入一根铜棒作为导电接点，抛光，得到掺杂电极。
[0021]所述的膏体碳糊中，以重量百分数计，氮掺杂MXene/MOF衍生复合材料、石墨粉和液体石蜡的重量比为2.5％：77.5％：20％。
[0022]所的管采用直径为3mm的PVC管；所述的炮管方法为采用称重纸对电极表面进行抛光，使电极表面光滑。
[0023]所述的掺杂电极在进行电化学测试前需要将其在置于磷酸盐缓冲溶液中，进行循环伏安扫描10个周期，对其进行电化学活化处理。
[0024]本专利技术与现有技术相比，具有如下技术效果：
[0025](Ⅰ)本专利技术制得的N
‑
Doped Ti3C2T
x
@Ni
‑
Co
‑
MOF材料，将其作为掺杂电极的基底材料，与饱和甘汞电极和铂丝电极共同组装成的甲醛传感器，不仅制备条件简单快速，且原料廉价易得。
[0026](Ⅱ)本专利技术的方法制备的基于N
‑
Doped Ti3C2T
x
@Ni
‑
Co
‑
MOF复合材料的甲醛传感器具有检出限低，线性范围宽和稳定性好等特点，可用于甲醛的快速检测，具有很强的实用性及推广使用的潜力。
附图说明
[0027]图1为N
‑
Doped
‑
Ti3C2T
x
@Ni
‑
Co
‑
MOF的扫描电镜(SEM)图。
[0028]图2为N
‑
Doped
‑
Ti3C2T
x
@Ni
‑
Co
‑
MOF的X射线衍射(XRD)图。
[0029]图3(a)为不同掺杂电极(a.N
‑
Doped Ti3C2T
x
/CPE；b.TiO2‑
Ti3C2T
x
/CPE；c.N
‑
Doped Ti3C2T
x
@Ni
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮掺杂MXene/MOF衍生复合材料的制备方法，其特征在于，该方法按照以下步骤进行：步骤S1，将氟化锂在搅拌的过程中加入到含有盐酸的瓶中，搅拌使其充分溶解，加入研磨后的Ti3AlC2，继续搅拌，得到混合物；将混合物在35℃下反应蚀刻24h并搅拌，蚀刻后洗涤，直到上清液的pH≥6，在N2保护下超声处理，离心后，将所得粉末冷冻干燥，得到Ti3C2T
x
；步骤S2，将步骤S1制得的Ti3C2T
x
置于管式炉中，在保护气体气氛下进行第一次煅烧；然后在保护气体的连续流动下冷却后，再次进行第二次煅烧，得到黑色粉末；步骤S3，将步骤S2制得的黑色粉末加入到混合溶剂中，超声后再将金属源六水合硝酸镍、金属源六水合硝酸钴和有机配体2
‑
氨基对苯二甲酸加入其中，搅拌后加入三乙胺后继续搅拌，静置、离心后真空干燥得到氮掺杂MXene/MOF衍生复合材料。2.如权利要求1所述的氮掺杂MXene/MOF衍生复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，1g氟化锂对应加入20mL浓度为9M的盐酸和1gTi3AlC2；所述的洗涤的方式为用去离子水和无水乙醇离心洗涤5次。3.如权利要求1所述的氮掺杂MXene/MOF衍生复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述的保护气体为氮气；所述的第一次煅烧的温度为200℃，时间为1h；所述的第二次煅烧的温度为500℃，时间为1h。4.如权利要求1所述的氮掺杂MXene/MOF衍生复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述的搅拌为磁力搅拌；所述的混合溶剂为N,N
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二甲基甲酰胺、无水乙醇和去离子水按照体积比为16:1:1配制的混合溶剂。5.如权利要求1所述的氮掺杂MXene/MOF衍生复合材料的制备方法，其特征在于，步...

【专利技术属性】
技术研发人员：董社英，唐皇聪，路朵，黄廷林，
申请(专利权)人：西安建筑科大工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：