还原氧化石墨烯纸负载六角星形Cu2O-CuO纳米晶体杂化纸电极的制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供一种原氧化石墨烯纸负载六角星形Cu2O

【技术实现步骤摘要】
还原氧化石墨烯纸负载六角星形Cu2O
‑
CuO纳米晶体杂化纸电极的制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及电化学生物传感器制备
，特别涉及一种还原氧化石墨烯纸负载六角星形Cu2O
‑
CuO纳米晶体杂化纸电极的制备方法，包含该纳米杂化纸电极的电化学传感器，以及所得的电化学传感器在硫酸还原菌释放的H2S 浓度测试中的应用。

技术介绍

[0002]近年来，许多金属氧化物纳米结构作为模拟酶被应用于硫化物电化学催化氧化。不同几何形状金属氧化物，如立方、球形、八面体、多面体和六面体等，可赋予电极/分析物界面丰富的活性位点，以进一步改善催化性能。
[0003]p型半导体Cu2O的带隙为2.17eV，显示出优异的传感能力。研究表明，与(100)面相比，六角星形Cu2O纳米晶体的(111)面具有垂直于面上每两个 Cu原子之间平面的悬空键，因此具有优于立方形Cu2O的催化能力。此外，Cu2O (111)晶面中的Cu原子配位不饱和，可以提供了许多活性位点，显示出出色的传感能力。尽管这些金属氧化物具有优异的传感特性，但由于固有的半导体行为导致氧化还原反应效率降低，使其使用受到限制。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术旨在提出一种还原氧化石墨烯纸负载六角星形Cu2O
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CuO 纳米晶体杂化纸电极的制备方法，该制备方法将六角星形Cu2O
‑
CuO纳米晶体电催化剂与还原氧化石墨烯纸(rGOP)结合起来，构建了一种纳米杂化纸电极，其中，rGOP具有高电子传导性，可用于快速电子传输，大的表面积有利于负载高密度纳米催化剂，另外具有良好的生物相容性和稳定性，有效解决了现有金属氧化物因其固有的半导体行为导致氧化还原反应效率降低的问题，其可有效用于硫酸还原菌释放的H2S浓度的检测，此外，基于rGOP的独立柔性电极可以剪裁成不同的尺寸和形状，这对于开发用于环境样品现场和在线检测的小型便携式传感器设备十分重要。
[0005]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0006]一种还原氧化石墨烯纸负载六角星形Cu2O
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CuO纳米晶体杂化纸电极的制备方法，包括以下步骤：
[0007]1)以氧化石墨烯纳米片作为构筑模块，通过辊筒印刷法得到氧化石墨烯纸，再将氧化石墨烯纸置于氢碘酸中还原，得到还原氧化石墨烯纸；
[0008]2)将十二烷基硫酸钠和CuCl2在去离子水中溶解后，加入NaOH，得到 Cu(OH)2沉淀悬浮液，再向所述Cu(OH)2沉淀悬浮液中加入盐酸羟胺，静置，收集下层沉淀，然后，将收集的沉淀用乙醇和水混合溶液洗涤，真空干燥后，制得六角星形Cu2O
‑
CuO纳米晶体；
[0009]3)将一定量的所述六角星形Cu2O
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CuO纳米晶体分散在乙醇中形成悬浮液，然后将一定尺寸的所述还原氧化石墨烯纸浸入所述悬浮液中，持续搅拌吸附，再经洗涤干燥后，得到还原氧化石墨烯纸负载六角星形Cu2O
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CuO纳米晶体杂化纸电极。
[0010]可选地，步骤1)中所述氧化石墨烯纳米片由膨胀石墨粉经Hummers法制得，所述膨胀石墨粉的粒径为200
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400目。
[0011]可选地，步骤1)中所述氧化石墨烯纸是通过将浓度为5
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20mg/mL的氧化石墨烯溶液用辊筒印刷的方法刷在打印纸上制得，所述氧化石墨烯纸的大小和厚度由氧化石墨烯浓度及印刷次数控制。
[0012]可选地，步骤2)中所述十二烷基硫酸钠、所述CuCl2、所述NaOH、所述盐酸羟胺的质量比为20∶1∶8∶2～1∶1∶8∶2。
[0013]可选地，步骤2)中所述Cu(OH)2沉淀是通过将十二烷基硫酸钠和CuCl2溶解于去离子水中，于20
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28℃搅拌1
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2h至十二烷基硫酸钠完全溶解时，向混合物中加入NaOH制得。
[0014]可选地，步骤3)中所述还原氧化石墨烯纸的面积为(0.5
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1.0)
×
(1.0
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2.0) cm2。
[0015]可选地，步骤3)中所述还原氧化石墨烯纸负载六角星形Cu2O
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CuO纳米晶体杂化纸电极是通过将5
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20mg所述六角星形Cu2O
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CuO纳米晶体分散到20mL 乙醇中，形成悬浮液，然后将一定尺寸的所述还原氧化石墨烯纸浸入悬浮液中，持续搅拌吸附，再用去离子水洗涤，干燥后制得。
[0016]本专利技术的第二目的在于提供一种电化学传感器，该电化学传感器采用饱和甘汞电极(SCE)作为参比电极、铂丝作为对电极、权利要求1至7任一项所述的方法制得的还原氧化石墨烯纸负载六角星形Cu2O
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CuO纳米晶体杂化纸电极作为工作电极，组成三电极系统。
[0017]本专利技术的第三目的在于提供一种采用上述电化学传感器在硫酸还原菌释放的H2S浓度测试中的应用。
[0018]相对于现有技术，本专利技术所述的还原氧化石墨烯纸负载六角星形Cu2O
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CuO 纳米晶体杂化纸电极的制备方法具有以下优势：
[0019]1、本专利技术制备的Cu2O
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CuO
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EHPs/rGOP纸电极，由于Cu混合氧化态的高电催化活性和Cu2O
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CuO
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EHPs的丰富催化活性(111)晶面以及石墨烯纸电极基板的高导电性的协同作用，所制备的纳米杂化纸电极对H2S具有极好的电化学传感性能。
[0020]2、本专利技术所提供的Cu2O
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CuO
‑
EHPs/rGOP材料的制备方法操作简单，无需添加任何其他成分且无副产物产生，在较为简单的条件下制备了 Cu2O
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CuO
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EHPs/rGOP材料，大大缩短了制备时间，提高了时间操作的安全性。
[0021]3、本专利技术通过调整石墨烯纸电极上氧化铜的组成和形貌，开发了一种性能改进的柔性纸电极。由于Cu2O
‑
CuO
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EHPs独特的催化活性(111)晶面、众多的表面活性中心、Cu
+
和Cu
2+
的混合价态以及柔性rGOP电极的高电子导电性的协同作用，合成的Cu2O
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CuO
‑
EHPs/rGOP显示出优异的H2S电化学传感能力，因此，可以建立一个高效的电化学H2S传感平台，用于从SRB培养基和废水样品中灵敏检测SRB，其中其检测的线性范围在0.1μM到352μM，检测限低至0.1nM。
附图说明
[0022]构成本专利技术的一部分的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。在附图中：
[0023本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种还原氧化石墨烯纸负载六角星形Cu2O
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CuO纳米晶体杂化纸电极的制备方法及应用，其特征在于，包括以下步骤：1)以氧化石墨烯纳米片作为构筑模块，通过辊筒印刷法得到氧化石墨烯纸，再将氧化石墨烯纸置于氢碘酸中还原，得到还原氧化石墨烯纸；2)将十二烷基硫酸钠和CuCl2在去离子水中溶解后，加入NaOH，得到Cu(OH)2沉淀悬浮液，再向所述Cu(OH)2沉淀悬浮液中加入盐酸羟胺，静置，收集下层沉淀，然后，将收集的沉淀用乙醇和水混合溶液洗涤，真空干燥后，制得六角星形Cu2O
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CuO纳米晶体；3)将一定量的所述六角星形Cu2O
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CuO纳米晶体分散在乙醇中形成悬浮液，然后将一定尺寸的所述还原氧化石墨烯纸浸入所述悬浮液中，持续搅拌吸附，再经洗涤干燥后，得到还原氧化石墨烯纸负载六角星形Cu2O
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CuO纳米晶体杂化纸电极。2.根据权利要求1所述的还原氧化石墨烯纸负载六角星形Cu2O
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CuO纳米晶体杂化纸电极的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述氧化石墨烯纳米片由膨胀石墨粉经Hummers法制得，所述膨胀石墨粉的粒径为200
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400目。3.根据权利要求1所述的还原氧化石墨烯纸负载六角星形Cu2O
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CuO纳米晶体杂化纸电极的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述氧化石墨烯纸是通过将浓度为5
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20mg/mL的氧化石墨烯溶液用辊筒印刷的方法刷在打印纸上制得，所述氧化石墨烯纸的大小和厚度由氧化石墨烯浓度及印刷次数控制。4.根据权利要求1所述的还原氧化石墨烯纸负载六角星形Cu2O
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CuO纳米晶体杂化纸电极的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述十二烷基硫酸钠、所述CuCl2、所述NaOH、所述盐酸羟胺的质量...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙义民，王展鹏，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：