黑磷基复合材料构建辣根过氧化物酶传感器的电催化应用制造技术

本发明专利技术涉及一种薄层黑磷烯/单壁碳纳米管复合材料的制备及其构建辣根过氧化物酶电化学传感器的电催化应用。通过采用液相剥离法和物理混合法制备了一种纳米复合材料用于修饰辣根过氧化物酶来构建酶电化学传感器，并用于三氯乙酸、亚硝酸钠和过氧化氢的电催化应用。主要包括如下步骤：制备薄层黑磷烯，与单壁碳纳米管复合，制备薄层黑磷烯/单壁碳纳米管复合材料，将复合材料修饰到离子液体电极表面，制备三明治结构的酶电化学传感器及其电催化应用。本发明专利技术制备的复合材料具有较大的有效面积，特殊的形貌，较强导电性，能提高黑磷烯的稳定性和分散性，制备工艺简单，检测灵敏，测定效果好。果好。

【技术实现步骤摘要】
黑磷基复合材料构建辣根过氧化物酶传感器的电催化应用


[0001]本专利技术属于电化学传感器的制备方法和应用领域，涉及黑磷烯(BPNs)/单壁碳纳米管(SWCNTs)复合材料的制备及其构建辣根过氧化物酶(HRP)电化学传感器的电催化应用。

技术介绍

[0002]黑磷(BP)是磷的一种同素异形体，俗称磷烯，相邻的两个BP层通过范德华力叠加在一起, 这一独特的层状结构，使得黑磷具有很多优异的性能，如层数可控的直接带隙、较高的载流子迁移率、明显的各向异性和较好的生物相容性，在光电化学、生物医学、太阳能电池、锂离子电池/钠离子电池、晶体管、电子元器件等领域具有广阔的应用前景。随着对BP材料的深入研究， BP的一些不足也暴露出来，稳定性较差，光存在条件下暴露于空气中或置于水溶液的BP会发生降解生成无毒的PxOy氧化物。幸运的是，通过对BP进行有效的表面功能化，可以避免BP的进一步降解，使得BP具有良好的稳定性和分散性。
[0003]薄层BPNs具有更加突出的优点，如导电性强，生物相容性好等。在BPNs的表面上，修饰SWCNTs材料，可以起到延缓BPNs降解的作用。同时，BPNs和SWCNTs采用物理混合法合成BPNs
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SWCNTs复合材料兼具SWCNTs的特性，如良好的生物相容性、快速的电子转移和较高的表面活性等。所以将SWCNTs与BPNs进行复合可以实现二者的增效协同作用。一方面SWCNTs起到延缓BPNs降解的双重作用，另一方面提高复合材料的导电性，为构建新型生物传感器提供了更广阔的应用前景。<br/>
技术实现思路

[0004]鉴于此，本专利技术提供了一种薄层黑磷烯(BPNs)/单壁碳纳米管(SWCNTs)复合材料的制备及其构建辣根过氧化物酶(HRP)电化学传感器的电催化应用，本专利技术提供的复合材料的制备方法工艺简单，成本低，测定效果明显，电化学测试过程中，具有较高的有效表面积和分析检测性能。本专利技术提供了一种BPNs
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SWCNTs 纳米复合材料的合成，所述薄层功能化BPNs
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SWCNTs纳米复合材料具有BPNs的片状结构和SWCNTs的管状结构，并且SWCNTs与BPNs相互缠绕在一起，使得复合材料具有较强的导电能力，能提高薄层BPNs的分散性和稳定性。
[0005]优选地，所述薄层BPNs
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SWCNTs 纳米复合材料的有效表面积为0.182 cm2；优选地，所述BPNs
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SWCNTs 复合材料二者相互交联缠绕在一起，并且SWCNTs能够黏附到薄层BPNs的表面。
[0006]本专利技术提供了上述技术方案所述复合材料的制备方法和电化学酶传感器的应用，包括以下步骤：(1) BPNPs与NMP混合在冰浴中超声12小时，然后离心，制备薄层的BPNs分散液，与SWCNTs混合超声4小时，制得薄层BPNs
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SWCNTs混合液；(2) 以石墨粉和离子液体(HPPF6)按质量比为2：1混合，研磨，装入插有铜丝的玻璃管中制备CILE，以其作为基底电极，并在每次使用之前对电极表面进行抛光；(3) 在步骤2的基础上，把CILE和复合材料放
入手套箱中，首先将手套箱抽真空，然后通入N2；(4)首先滴涂BPNs
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SWCNTs到CILE的表面，室温晾干后，得到BPNs
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SWCNTs/CILE修饰电极；将HRP滴于BPNs
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SWCNTs/CILE电极上，室温晾干后，得到HRP/BPNs
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SWCNTs/CILE修饰电极；再滴加Nafion到上述电极之上，室温晾干后，制备得到的三明治结构的HRP酶电化学传感器 (Nafion/HRP/BPNs
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SWCNTs/CILE); (5)对步骤4所得的电极构建三电极体系进行电化学测试。
[0007]优选地，所述薄层BPNs
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SWCNTs纳米复合材料的用量为10μL，BPNs与SWCNTs二者以体积比1：1混合。所述BPNs为薄层片状结构，所述HRP的浓度为15.0 mg/mL，所述的电极制备步骤(3) (4)均在充满N2的手套箱中完成。
[0008]优选地，所述的复合纳米材料的制备采用液相超声剥离法和物理混合法，液相超声剥离法制备薄层BPNs和物理混合法制备纳米复合材料。
[0009]优选地，所述的修饰电极的制备固定酶的用量为10.0 μL 15.0 mg/mL，自然晾干完成。
[0010]本专利技术提供了上述技术方案所述一种薄层黑磷烯(BPNs)/单壁碳纳米管(SWCNTs)复合材料的制备及其构建辣根过氧化物酶(HRP)电化学传感器的电催化应用。本专利技术提供的薄层BPNs
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SWCNTs纳米复合材料，具有SWCNTs良好的生物相容性、快速的电子转移和较高的表面活性和BPNs的厚度越小，比表面积越大、活性中心越多的特性。所以SWCNTs与BPNs的复合可以实现二者的增效作用。同时，能提高复合材料的导电性，增强BPNs的环境稳定性和分散性。由实施例的结果表明，本专利技术提供的BPNs
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SWCNTs复合材料修饰电极在1.0 mmol/L K3[Fe(CN)6]和0.5mol/L KCl混合液中，进行循环伏安测试，其有效面积为0.182cm2，比CILE 大1.44倍。
附图说明
[0011]图1为实施例1制备的BPNPs，SWCNTs和薄层BPNs
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SWCNTs纳米复合材料的扫描电镜和BPNs的透射电镜图。
[0012]图2为实施例1制备的薄层BPNs
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SWCNTs纳米复合材料的X
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射线衍射谱图。
[0013]图3为实施例1HRP和制备的BPNs
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SWCNTs
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HRP的紫外可见吸收光谱图。
[0014]图4为实施例1HRP和制备的BPNs
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SWCNTs复合材料的红外光谱图。
[0015]图5为测试例1制备的不同修饰电极在1.0 mmol/L K3[Fe(CN)6]和0.5mol/L KCl混合电解液中不同扫速下的循环伏安曲线。
[0016]图6为测试例1制备的BPNs
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SWCNTs/CILE修饰电极在1.0 mmol/L K3[Fe(CN)6]和0.5mol/L KCl混合电解液中的扫描速度图。
[0017]图7为测试例1制备的BPNs
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SWCNTs/CILE修饰电极在不同扫速下的氧化还原峰电流与υ
1/2
的线性关系。
[0018]图8为测试例2制备的不同修饰电极在0.1 mmol/L 磷酸盐缓冲溶液（PBS）中循环伏安曲线。
[0019]图9为测试例2制备的Nafion/HRP/BPNs
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SWCNTs/CILE修饰电极在不同pH的0.1 mmol/L PB本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.薄层黑磷烯(BPNs)/单壁碳纳米管(SWCNTs)复合材料的制备及其构建辣根过氧化物酶(HRP)电化学传感器的电催化应用，其特征在于，按以下步骤：(a) 分别配制三氯乙酸、亚硝酸钠和过氧化氢溶液；(b) 离子液体修饰碳糊电极(CILE)的制备将1.6 g石墨粉和0.8 g N
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己基吡啶六氟磷酸盐(HPPF6)混合，用研钵研磨均匀后填入直径为4mm的玻璃电极管中并压实，插入铜线作为电极的导线，制得的电极即为离子液体修饰碳糊电极(CILE)，使用前将电极表面在打磨纸上打磨成镜面；(c) 以Nafion/HRP/BPNs
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SWCNTs/CILE为工作电极，铂丝为对电极，银/氯化银为参比电极，通过循环伏安法进行电催化性能测试，在磷酸盐缓冲溶液中检测不同浓度的三氯乙酸、亚硝酸钠和过氧化氢溶液氧化峰电流值与其浓度的关系建立标准曲线，(d) 根据建立的标准曲线，求得检测范围和检测限，以及表观米氏常数，所述的修饰电极Nafion/HRP/BPNs
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SWCNTs/CILE按以下步骤制得：(1) 制备薄层BPNs
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SWCNTs纳米复合材料采用液相剥离法和物理混合法，将多层黑磷（BPNPs）与N
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甲基吡咯烷酮（NMP）混合在冰浴中超声12小时，制备薄层的BPNs分散液；将BPNs分散液与SWCNTs按照体积比1：1混合，在隔绝氧气的环境中超声4小时，制得薄层BPNs
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SWCNTs纳米复合材料，(2) 在手套箱中，把CILE和复合材料放入，先打开出气阀关闭进气阀，利用真空泵抽真空，然后先打开进气阀关闭出气阀，通入氮气，(3) 滴涂BPNs
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SWCNTs复合材料到CILE的表面，得到BPNs
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SWCNTs/CILE修饰电极，(4)将HRP滴于BPNs
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SWCNTs/CILE电极上，自然晾干，得到HRP/BPNs
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SWCNTs/CILE修饰电极，(5) 滴加Nafion到HRP/BPNs
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SWCNTs/CILE之上，自然晾干，制备得到三明治结构的修饰电极Nafion/HRP/BPNs
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SWCNTs/CILE。2.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙伟，李小青，姚昱岑，王宝丽，艾益静，邵波，张程，
申请(专利权)人：海南师范大学，
类型：发明
国别省市：