【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种金属酞菁基介孔碳复合材料及其锌-空气电池与适体传感器，属于电池的电催化剂领域。
技术介绍
1、随着zn-空气电池(zab)电极催化剂的研究和发展，根据材料的物理化学性质可以将催化剂分为贵金属基催化剂、过渡金属基催化剂和非金属基催化剂。众所周知，贵金属催化剂具有较高的催化活性，但是却存在以下问题：地壳中的元素含量较低导致贵金属价格昂贵；而且贵金属催化剂的循环稳定性较差，这些问题一直困扰着科研人员。对于非金属基催化剂，其在zn-空气电池中的催化活性普遍较低，例如非金属中的碳材料在氧还原反应(orr)中具有催化活性，但是其析氧反应(oer)催化活性较低导致zn-空气电池的充电性能较差。而过渡金属材料co(钴)、ni(镍)和fe(铁)元素因在地壳中的丰度相对较高，在碱性体系中具有较好的orr/oer活性而受到研究人员的重点关注。
2、现有技术中用于组装zab器件的各种非贵金属电催化有过渡金属化合物、碳纳米材料、单原子催化剂和金属有机框架(mof)。通过整合碳基体(如优越的电化学活性、碳点)和过渡金属(如完全暴露的活性位点，mos2)的优点，m-n-c材料(m＝co、ni、fe、mn及cu等)得到了广泛的研究，并作为orr的有前途的电催化剂，m-n-c材料通常通过高温一锅热解法从金属前驱体和含n、c的有机前驱体中衍生出来。m-n-c相关电催化剂的催化能力不仅取决于其固有性能，而且可以通过活性金属位点的局部环境和电子结构(如配位数、电负性和相邻原子的电负性)来调节。在众多m-n-c基电催化剂中，co-n-c纳米
3、金属酞菁(mpc，m＝co、ni、fe、zn及mn)及其衍生物，作为与四个氮配体配位的中心金属原子的典型结构，显示出快速电子传输，被认为是orr和co2催化的有前途的电催化剂。此外，由于中空碳球(hcs)的多孔结构、高分级表面积(2000m2 g-1)和高电导率，中空碳球(hcs)通常用作限制金属位点的支架，以提高zab的性能。值得注意的是，因为堆叠、范德华力相互作用以及金属物种和探针之间的配合力，嵌入原子m-n-c物种的hcs也显示出对生物探针的高生物亲和性。尽管可以筛选出一些关于嵌入有mpc的m-n-c或m-n4位点的hcs的例子，但很少报道它们用于组装具有高输出功率密度的zab的应用。而且现有技术中的电化学适体传感器对于sars-cov-2检测的选择性、灵敏度低。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种金属酞菁基介孔碳复合材料，解决现有技术中电催化材料电催化性能低的问题。
2、本专利技术的第二个目的是提供一种基于金属酞菁基介孔碳复合材料的锌-空气电池，解决现有技术中锌-空气电池的催化活性普遍较低的问题。
3、本专利技术的第三个目的是提供一种基于金属酞菁基介孔碳复合材料的适体传感器，解决现有技术中传感器检测sars-cov-2的选择性、灵敏度低的问题。
4、为了实现以上目的，本专利技术的第一个技术方案为：
5、一种金属酞菁基介孔碳复合材料，包括介孔空心碳球和负载在介孔空心碳球上的酞菁钴热解物，所述金属酞菁基介孔碳复合材料中co的质量含量为0.4～3.5％。
6、本专利技术通过在介孔空心碳球上的酞菁钴热解物获得金属酞菁基介孔碳复合材料，其中，co的质量含量为0.4～3.5％，该复合材料的多级多孔结构和高孔隙率增加了暴露活性位点的数量，大大增加了电子传输并降低了电子传输的电阻，有利于促进orr反应。
7、本专利技术的复合材料具有优异的电催化活性、对甲醇毒性的耐受性、良好的稳定性和快速电荷转移能力。
8、为了提高复合材料的氧空位，优选地，所述酞菁钴热解物由介孔空心碳球负载的酞菁钴在700～800℃的保护气氛下热解得到。
9、进一步优选地，所述保护气氛为n2气氛。
10、为了使酞菁钴热解物更好地负载在介孔空心碳球上，充分发挥催化能力，优选地，所述介孔空心碳球负载的酞菁钴中介孔空心碳球、酞菁钴的质量比为(1-5)：1。
11、为了保持复合材料完美的球形，提高球形的表面粗糙度，优选地，所述热解的时间为2～3h。
12、为了获得合适的载体，优选地，所述介孔空心碳球由包括以下步骤的方法进行制备：硅源、间苯二酚和甲醛在溶剂中进行反应，将反应所得固体产物在保护气氛下于700～800℃煅烧，然后使用氢氟酸进行后处理。
13、进一步优选地，所述溶剂为无水乙醇。
14、优选地，在溶剂中，所述硅源的体积分数为7～8％，所述间苯二酚的质量分数为0.5～0.7％，所述甲醛的体积分数为0.7～0.8％。所述甲醛为体积分数为35～40％的甲醛溶液。
15、进一步优选地，所述硅源为原硅酸乙酯。
16、本专利技术的第二个技术方案为：
17、一种基于金属酞菁基介孔碳复合材料的锌-空气电池，包括空气阴极和锌阳极，所述空气阴极包括导电基体和电催化剂，所述电催化剂为如上述所述的金属酞菁基介孔碳复合材料。
18、本专利技术采用导电基体和金属酞菁基介孔碳复合材料作为锌-空气电池的空气阴极，与锌阳极组合来提高锌-空气电池的催化活性和充放电性能。
19、优选地，所述锌-空气电池使用固体凝胶为电解质，空气阴极和阳极组装成柔性锌-空气电池。本专利技术的锌-空气电池具有优异的、循环稳定性和抗弯折能力。
20、本专利技术的第三个技术方案为：
21、一种基于金属酞菁基介孔碳复合材料的适体传感器，包括检测电极，所述检测电极包括导电基体、电催化剂和结合在电催化剂上的靶向检测sars-cov-2的适配体；所述电催化剂为上述所述的金属酞菁基介孔碳复合材料。
22、本专利技术的基于金属酞菁基介孔碳复合材料的适体传感器能够特异性识别sars-cov-2s基因，对sars-cov-2的识别具有较好的选择性和灵敏度。
23、本专利技术适配体的序列为5′-cag cac cga cct tgt gct ttg gga gtg ctg gtccaa ggg cgt taa tgg aca-3′。
24、进一步优选地，所述适配体为特异性识别sars-cov-2s基因的适配体。
25、优选地，所述检测电极连接在上述所述的锌-空气电池的空气阴极上，形成自供电适体传感器。本专利技术通过将检测电极连接在锌-空气电池的空气阴极上，使得金属酞菁基介孔碳复合材料可以同时用作锚定检测sars-cov-2的适配体的空气阴极和平台，形成靶向检测sars-cov-2的自供电适体传感器。
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1.一种金属酞菁基介孔碳复合材料，其特征在于，包括介孔空心碳球和负载在介孔空心碳球上的酞菁钴热解物，所述金属酞菁基介孔碳复合材料中Co的质量含量为0.4～3.5％。
2.根据权利要求1所述的金属酞菁基介孔碳复合材料，其特征在于，所述酞菁钴热解物由介孔空心碳球负载的酞菁钴在700～800℃的保护气氛下热解得到。
3.根据权利要求2所述的金属酞菁基介孔碳复合材料，其特征在于，所述介孔空心碳球负载的酞菁钴中介孔空心碳球、酞菁钴的质量比为(1-5)：1。
4.根据权利要求2所述的金属酞菁基介孔碳复合材料，其特征在于，所述热解的时间为2～3h。
5.根据权利要求1-4任一项所述的金属酞菁基介孔碳复合材料，其特征在于，所述介孔空心碳球由包括以下步骤的方法进行制备：硅源、间苯二酚和甲醛在溶剂中进行反应，将反应所得固体产物在保护气氛下于700～800℃煅烧，然后使用氢氟酸进行后处理。
6.根据权利要求5所述的金属酞菁基介孔碳复合材料，其特征在于，在溶剂中，所述硅源的体积分数为7～8％，所述间苯二酚的质量分数为0.5～0.7％，所述甲醛的
7.一种基于金属酞菁基介孔碳复合材料的锌-空气电池，其特征在于，包括空气阴极和锌阳极，所述空气阴极包括导电基体和电催化剂，所述电催化剂为如权利要求1-6任一项所述的金属酞菁基介孔碳复合材料。
8.根据权利要求7所述的基于金属酞菁基介孔碳复合材料的锌-空气电池，其特征在于，所述锌-空气电池使用固体凝胶为电解质，空气阴极和阳极组装成柔性锌-空气电池。
9.一种基于金属酞菁基介孔碳复合材料的适体传感器，其特征在于，包括检测电极，所述检测电极包括导电基体、电催化剂和结合在电催化剂上的靶向检测SARS-CoV-2的适配体；所述电催化剂为如权利要求1-6任一项所述的金属酞菁基介孔碳复合材料。
10.根据权利要求9所述的基于金属酞菁基介孔碳复合材料的适体传感器，其特征在于，所述检测电极连接在权利要求7所述的锌-空气电池的空气阴极上，形成自供电适体传感器。
...【技术特征摘要】
1.一种金属酞菁基介孔碳复合材料，其特征在于，包括介孔空心碳球和负载在介孔空心碳球上的酞菁钴热解物，所述金属酞菁基介孔碳复合材料中co的质量含量为0.4～3.5％。
2.根据权利要求1所述的金属酞菁基介孔碳复合材料，其特征在于，所述酞菁钴热解物由介孔空心碳球负载的酞菁钴在700～800℃的保护气氛下热解得到。
3.根据权利要求2所述的金属酞菁基介孔碳复合材料，其特征在于，所述介孔空心碳球负载的酞菁钴中介孔空心碳球、酞菁钴的质量比为(1-5)：1。
4.根据权利要求2所述的金属酞菁基介孔碳复合材料，其特征在于，所述热解的时间为2～3h。
5.根据权利要求1-4任一项所述的金属酞菁基介孔碳复合材料，其特征在于，所述介孔空心碳球由包括以下步骤的方法进行制备：硅源、间苯二酚和甲醛在溶剂中进行反应，将反应所得固体产物在保护气氛下于700～800℃煅烧，然后使用氢氟酸进行后处理。
6.根据权利要求5所述的金属酞菁基介孔碳复合材料，其特征在于，在溶剂中，...
【专利技术属性】
技术研发人员：张治红，郭川磐，张帅，阮一鸣，李思转，王明花，汤啸武，何领好，
申请(专利权)人：郑州轻工业大学，
类型：发明
国别省市：
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