CN102519889A - 一种碳纳米颗粒高效催化tmb显色反应的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于纳米技术领域，具体涉及一种碳纳米颗粒高效催化TMB显色反应的方法。具体步骤为：在400μL水中，加入250μM的TMB溶液和0.25μM-500μM的H2O2，再加入5μL-40μL的表面活性剂修饰的碳纳米颗粒，摇匀，在652nm的波长下测量随时间变化的吸收值；所述表面活性剂SDS，DNA，DTAB，Tuwen20中的任意一种；所述碳纳米颗粒的尺寸为20nm-70nm。用碳纳米颗粒作为催化剂具有材料便宜，显色时间短，催化效率高等优良的特点，且碳纳米颗粒的催化效果要远远好于石墨烯和单壁碳纳米管。

Description

一种碳纳米颗粒高效催化TMB显色反应的方法
技术领域
本发明属于纳米技术领域，具体涉及碳纳米材料中的碳纳米颗粒(Carbon Nanoparticles)的催化反应。
背景技术
碳纳米颗粒(CNPs)是最近兴起的一种新型的碳纳米材料，它与碳纳米管(CNTs)、石墨烯(graphene)等其他碳材料都属于目前纳米材料领域研究的前沿。目前已经有人报道了用石墨烯和碳纳米管及其他碳纳米材料来催化各类化学反应，Qu等人于2010年在欧洲化学(Chem.Eur.J.)上发表了关于用单壁碳纳米管(SWNTs)在H2O2的存在下来催化3，3，5，5-四甲基联苯胺(TMB)的变色反应，主要是发现了SWNTs有类似于过氧化物酶的活性，通过能量色散X射线分析(EDX)，这种催化活性并不是由于掺杂在SWNTs中的微量的金属催化剂所导致的，并且它的催化活性与环境中的pH，温度，H2O2的浓度都有很大的关系，这些特点都表明SWNTs的催化活性类似于辣根过氧化物酶(HRP)。而且Qu等人又在随后的先进材料(AdvancedMaterials)上报道了用羧基化的氧化石墨烯(GO-COOH)在H2O2的存在下来催化TMB的变色反应，通过动力学研究表明，GO-COOH相比于HRP而言，具有更高的催化活性。并且可以利用GO-COOH的催化活性来检测检测血清中的葡萄糖的含量，这就为糖尿病患者的血糖检测提供了一种新的方法，虽然迄今为止，有大量的葡萄糖传感器已经被报道，但在这些传感器当中，大多数的葡萄糖氧化酶都是用的是HRP，相比于HRP而言，GO-COOH具有更加明显的优势，例如成本低廉，比较容易获得，不易生物降解，不易变性等等，最近，Lee等人又报道了关于碳量子点(CQDs)进行的光催化反应，这篇文章发表在了德国应用化学杂志上(Angew.Chem.)，由于碳量子点具有优良的上转换发光性能，可以吸收长波长的光，发射出短波长的光。将这种碳量子点与二氧化钛或者是二氧化硅组成TiO2/CQDs或SiO2/CQDs的纳米复合物光催化剂，就可以利用自然光来激发CQDs，使CQDs发射出短波长的光来激发TiO2或者SiO2催化降解环境中的有害物质。
碳纳米颗粒，作为一种新的材料，目前正受到人们的广泛关注。迄今为止，已经有人相继报道了用石墨烯和单壁碳纳米管来催化化学反应，但是还没有人报道用碳纳米颗粒来催化化学反应。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提出了一种碳纳米颗粒高效催化TMB显色反应的方法。相比于其他碳纳米材料催化TMB变色反应，用碳纳米颗粒作为催化剂具有材料便宜，显色时间短，催化效率高等优良的特点，且碳纳米颗粒的催化效果要远远好于石墨烯和单壁碳纳米管。
本发明的技术方案是：一种碳纳米颗粒高效催化TMB显色反应的方法，该方法为将TMB溶液、H2O2和表面活性剂修饰的碳纳米颗粒加入水中，摇匀，在紫外可见光谱仪下测量随时间变化的吸收值，吸收值变化越大显色越明显。
具体为：在400μL水中，加入最终浓度为250μM TMB溶液和最终浓度为0.25μM-500μM的H2O2，再加入5μL-40μL浓度为1mg/mL的表面活性剂修饰的碳纳米颗粒，摇匀，在652nm的波长下测量随时间变化的吸收值，吸收值变化越大显色越明显。
所述表面活性剂SDS，DNA，DTAB，Tuwen20中的任意一种；其中优选SDS。
所述碳纳米颗粒的大小为20nm-70nm，其中优选20nm。
所述H2O2的加入量为每400μL水中加入500μM。
当所述表面活性剂为SDS时，优选加入量为每400μL水中加入10μL。
当所述表面活性剂为DNA时，优选加入量为每400μL水中加入40μL。
当所述表面活性剂为DTAB时，优选加入量为每400μL水中加入40μL。
当所述表面活性剂为Tuwen20，优选加入量为每400μL水中加入40μL。
下面对本发明做进一步的解释和说明：
本发明在上述技术方案的基础上考察了不同因素的变量对本发明的影响：
1、考察了不同浓度的双氧水对SDS修饰的碳纳米颗粒催化TMB的变色，见实施例2。
2、考察了不同表面活性剂修饰的碳纳米颗粒在双氧水的存在下来催化TMB的变色，见实施例1、8、9。
3、考察了每种表面活性剂修饰的碳纳米颗粒在双氧水的存在下来催化TMB的变色的最佳浓度，见实施例3、4、5、6。
3、考察了一定量的SDS修饰的碳纳米颗粒，碳纳米管以及石墨烯三种碳材料对于催化TMB的变色，见实施例7。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
一种碳纳米颗粒高效催化TMB显色反应的方法。相比于其他碳纳米材料催化TMB变色反应，用碳纳米颗粒作为催化剂具有材料便宜，显色时间短，催化效率高等优良的特点，且碳纳米颗粒的催化效果要远远好于石墨烯和单壁碳纳米管。
附图说明
图1为实施例1中不同尺寸的碳纳米颗粒的SEM图：(a)是SDS修饰的CNPs；(b)是SDS修饰的羧基化CNPs；说明了使用表面活性剂处理后碳纳米颗粒分散比较均匀，显色效果较好。
图2为实施例2中不同浓度的H2O2催化TMB随时间其吸收值变化的曲线说明了在其它量不变的情况下，随着双氧水浓度的增加，CNPs-SDS催化TMB反应显色更明显。
图3为实施例3中不同浓度的CNPs-SDS催化TMB随时间其吸收值变化的曲线；说明了在其它量不变的情况下，随着CNPs-SDS用量的增加催化TMB反应显色显著。
图4为实施例4中不同浓度的CNPs-DNA催化TMB随时间其吸收值变化的曲线；说明了在其它量不变的情况下，随着CNPs-DNA用量的增加催化TMB反应显色显著。
图5为实施例5中不同浓度的CNPs-DTAB催化TMB随时间其吸收值变化的曲线；说明了在其它量不变的情况下，随着CNPs-DTAB用量的增加催化TMB反应显色显著。
图6为实施例6中不同浓度的CNPs-Tuwen20催化TMB随时间其吸收值变化的曲线；说明了在其它量不变的情况下，随着CNPs-tuwen用量的增加催化TMB反应显色显著。
图7为实施例7中分别加入CNPs-SDS、SWNTs-SDS和GO-SDS催化TMB随时间其吸收值变化的曲线；说明了CNPs-SDS、SWNT-SDS和GO-SDS相比较，其中CNPs-SDS催化TMB显色最显著。
图8为实施例8中分别加入CNPs-SDS、GO-SDS、GO-Tuwen20和GO-DTAB催化TMB随时间其吸收值变化的曲线；说明了CNPs-SDS、GO-SDS、GO-Tuwen20和GO-DTAB相比较，在652nm的波长下测量随时间变化的的吸收值；其中CNPs-SDS催化TMB显色最显著。
图9为实施例9中分别加入CNPs-SDS、SWNT-COOH、SWNT-SDS和SWNT-Tuwen20催化TMB随时间其吸收值变化的曲线；说明了CNPs-SDS、SWNT-SDS、SWNT-Tuwen20和SWNT-COOH相比较，在652nm的波长下测量随时间变化的的吸收值；其中CNPs-SDS催化TMB显色最显著。
图10为实施例10中加入cCNPs-SDS(20nm左右)催化TMB随时间其吸收值变化的曲线；说明了羧基化的碳纳米颗粒再经过SDS修饰后催化效果更加显著。
具体实施方式
实施例1：
称取未羧基化的碳纳米颗粒13mg，在水中使用SDS表面活性剂进行超声处理一个小时，然后滴在硅片上，使用SEM表征。称取羧基化的碳纳米颗粒13mg，在水中使用SDS表面活性剂进行超声处理一个小时，然后滴在硅片上，使用SEM表征。取一定量的碳量子点滴在硅片上，使用TEM表征；如图1，使用表面活性剂处理后碳纳米颗粒分散比较均匀，显色效果较好。
实施例2：
在室温下，将250μM的TMB溶液(浓度为1M)和加入不同浓度的H2O2(分别是0、0.25、2.5、12.5、25、250、500μM)加入400μL的水中，接着再加入一定浓度的CNPs-SDS，在652nm的波长下测量随时间变化的的吸收值；如图2，在其它量不变的情况下，随着双氧水浓度的增加，CNPs-SDS催化TMB反应显色更明显，H2O2的优选加入量为每400μL水中加入500μM。
实施例3：
在室温下，将250μM的TMB溶液(浓度为1M)和250μM的H2O2加入400μL的水中，接着再加入不同浓度的CNPs-SDS(分别是0、5、10、20μL)，在652nm的波长下测量随时间变化的的吸收值；如图3，说明了在其它量不变的情况下，随着CNPs-SDS用量的增加催化TMB反应显色显著，CNPs-SDS的优选加入量为每400μL水中加入10μL。
实施例4：
在室温下，将250μM的TMB溶液(浓度为1M)和250μM的H2O2加入400μL的水中，接着再加入不同浓度的CNPs-DNA(分别是0、10、20、40μL)，在652nm的波长下测量随时间变化的的吸收值；如图4，说明了在其它量不变的情况下，随着CNPs-DNA用量的增加催化TMB反应显色显著，CNPs-DNA的优选加入量为每400μL水中加入40μL。
实施例5：
在室温下，将250μM的TMB溶液(浓度为1M)和250μM的H2O2加入400μL的水中，接着再加入不同浓度的CNPs-DTAB(分别是0、10、20、40μL)，在652nm的波长下测量随时间变化的的吸收值；如图5，说明了在其它量不变的情况下，随着CNPs-DTAB用量的增加催化TMB反应显色显著，CNPs-DTAB的优选加入量为每400μL水中加入40μL。
实施例6：
在室温下，将250μM的TMB溶液(浓度为1M)和250μM的H2O2加入400μL的水中，接着再加入不同浓度的CNPs-Tuwen20(分别是0、10、20、40μL)，在652nm的波长下测量随时间变化的的吸收值；如图6，说明了在其它量不变的情况下，随着CNPs-tuwen用量的增加催化TMB反应显色显著，CNPs-tuwen20优选加入量为每400μL水中加入40μL。
实施例7：(对比实施例)
在室温下，将250μM的TMB溶液(浓度为1M)和250μM的H2O2加入400μL的水中，然后再分别加入CNPs-SDS、SWNT-SDS和GO-SDS，在652nm的波长下测量随时间变化的吸收值；如图7，其中CNPs-SDS催化TMB显色最显著。
实施例8：
在室温下，将250μM的TMB溶液(浓度为1M)和250μM的H2O2加入400μL的水中，然后再分别加入CNPs-SDS、GO-SDS、GO-Tuwen20和GO-DTAB，在652nm的波长下测量随时间变化的的吸收值；如图8，其中CNPs-SDS催化TMB显色最显著。
实施例9：
在室温下，将250μM的TMB溶液(浓度为1M)和250μM的H2O2加入400μL的水中，然后再分别加入CNPs-SDS、SWNT-SDS、SWNT-Tuwen20和SWNT-COOH，在652nm的波长下测量随时间变化的的吸收值；如图9，其中CNPs-SDS催化TMB显色最显著。
实施例10：
在室温下，将250μM的TMB溶液(浓度为1M)和250μM的H2O2加入400μL的水中，然后再加入SDS修饰的羧基化碳纳米颗粒(尺寸大小20nm左右)，在652nm的波长下测量随时间变化的的吸收值；如图10，羧基化的碳纳米颗粒再经过SDS修饰后催化效果更加显著。

Claims (9)

1.一种碳纳米颗粒高效催化TMB显色反应的方法，其特征是，该方法为将TMB溶液、H2O2和表面活性剂修饰的碳纳米颗粒加入水中，摇匀，在紫外可见光谱仪下测量随时间变化的吸收值，吸收值变化越大显色越明显。
2.根据权利要求1所述碳纳米颗粒高效催化TMB显色反应的方法，其特征是，该方法为：在400μL水中，加入最终浓度为250μM TMB溶液和最终浓度为0.25μM-500μM的H2O2，再加入5μL-40μL浓度为1mg/mL的表面活性剂修饰的碳纳米颗粒，摇匀，在652nm的波长下测量随时间变化的吸收值，吸收值变化越大显色越明显；
所述表面活性剂SDS，DNA，DTAB，Tuwen20中的任意一种；
所述碳纳米颗粒的大小为20nm-70nm。
3.根据权利要求1或2所述碳纳米颗粒高效催化TMB显色反应的方法，其特征是，所述TMB溶液是将TMB溶解在DMSO中，得到浓度为1M的TMB溶液。
4.根据权利要求1或2所述碳纳米颗粒高效催化TMB显色反应的方法，其特征是，所述H2O2的加入量为每400μL水中加入500μM的H2O2。
5.根据权利要求1或2所述碳纳米颗粒高效催化TMB显色反应的方法，其特征是，所述表面活性剂为SDS，每400μL水中加入10μL的SDS。
6.根据权利要求1或2所述碳纳米颗粒高效催化TMB显色反应的方法，其特征是，所述表面活性剂为DNA，每400μL水中加入40μL的DNA。
7.根据权利要求1或2所述碳纳米颗粒高效催化TMB显色反应的方法，其特征是，所述表面活性剂为DTAB，每400μL水中加入40μL的DTAB。
8.根据权利要求1或2所述碳纳米颗粒高效催化TMB显色反应的方法，其特征是，所述表面活性剂为Tuwen20，每400μL水中加入40μL的Tuwen20。
9.根据权利要求1或2所述碳纳米颗粒高效催化TMB显色反应的方法，其特征是，所述碳纳米颗粒的大小为20nm。
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