CN104649337B - 多孔NiO/CeO2杂化纳米片阵列及其制备方法和用途 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多孔NiO/CeO₂杂化纳米片阵列的制备方法及其用途。具体方法是将盐酸清洗后的泡沫镍置于含有硝酸铈、氟化铵和尿素的混合溶液中，在不同的温度下进行水热反应，从而获得NiO/CeO₂杂化纳米片阵列的前驱体。随后对前驱体在空气中进行煅烧处理，制备多孔NiO/CeO₂杂化纳米线阵列。其中多孔NiO/CeO₂杂化纳米片的厚度约为10‑25 nm，纳米片上孔的直径为5‑40 nm。该杂化纳米片阵列具有良好的电化学性能，可以用作生物传感器的基体材料。

Description

多孔NiO/CeO2杂化纳米片阵列及其制备方法和用途

技术领域

本发明涉及一种多孔NiO/CeO₂杂化纳米片阵列及其制备方法和用途，具体是涉及一种采用水热法合成多孔NiO/CeO₂杂化纳米片阵列及其用途。

背景技术

电化学生物传感器是一类以生物体成分如酶、抗原、抗体或整个细胞作为待检测物识别原件，电极作为信号转换器并以电势、电流或电导变化为特征检测信号的传感器，它在物质浓度检测中具有高效、准确、易于操作等优点。在电化学生物传感器的构筑中，基体材料对其性能，如灵敏度、线性范围、检测极限等具有重要的影响。在过去的报道中，电化学生物传感器的基体材料主要集中在单相的贵金属、碳材料以及金属氧化物等材料上，研究人员在上述基体材料中做了大量的研究工作。在众多金属氧化物中，单相NiO和CeO₂因其具有良好的电化学活性和生物兼容性，也被广泛应用于不同类型的电化学生物传感器的基体材料。金属氧化物的杂化材料因其融合了单相金属氧化物的性能优势，同时具有单相金属氧化物所不具有的性能，因此金属氧化物的杂化材料为生物传感器的制备提供了一种良好的基体材料。目前，用于生物传感器的金属氧化物基体材料主要是单相材料，金属氧化物杂化材料用作生物传感器基体材料的相关报道较少。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种结构简单，具有较高电化学活性的多孔NiO/CeO₂杂化纳米片阵列及其制备方法和用途。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种多孔NiO/CeO₂杂化纳米片阵列，直接生长于泡沫镍表面，多孔NiO/CeO₂杂化纳米片的厚度约为10-25nm，纳米片上孔的直径为5-40nm。

优先地，多孔均匀分布在NiO/CeO₂杂化纳米片上。

优先地，所述的多孔NiO/CeO₂杂化纳米片阵列的制备方法，其制备步骤如下：

(1)将泡沫镍置于3mol/L的盐酸中超声清洗30分钟以除去泡沫镍表面的氧化层，随后分别用蒸馏水和无水乙醇交替清洗泡沫镍；

(2)将不同质量的硝酸铈、氟化铵和尿素共同溶于35mL蒸馏水中，形成混合溶液并将其转移至高压釜中；

(3)将步骤(1)中获得的泡沫镍置于含有步骤(2)中所获得的混合溶液的高压釜中，密封后在90℃-140℃的烘箱中进行水热处理，获得NiO/CeO₂杂化纳米片阵列的前驱体；

(4)将NiO/CeO₂杂化纳米片阵列的前驱体在空气气氛中煅烧，煅烧温度500℃，保温时间为2小时。

优先地，在水热反应过程中，水溶液中的Ce³⁺与泡沫镍上形成的NiO的前驱体发生阳离子交换，从而形成杂化结构。

优先地，利用多孔NiO/CeO₂纳米片阵列的有序性、生物兼容性 以及独特的电化学性能，可用作制备葡萄糖电化学生物传感器的基体材料

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：一方面在合成反应过程中发生了阳离子交换，成功实现NiO与CeO₂前驱体的杂化，煅烧处理后获得多孔NiO/CeO₂杂化纳米片阵列，另一方面制备方法具有简单、经济的特点，有利于大规模的制备。同时，利用多孔NiO/CeO₂纳米片阵列的有序性、生物兼容性以及独特的电化学性能，可用作制备葡萄糖电化学生物传感器的基体材料。作为葡萄糖电化学生物传感器的基体材料，用于构筑葡萄糖电化学生物传感器的参数为4.5v/v％戊二醛，4.8w/v％牛血清白蛋白以及200U/ml葡萄糖氧化酶。

附图说明

图1(a)和(b)分别为本发明中实施例1所制备多孔NiO/CeO₂纳米片阵列的低倍和高倍扫描电子照片；

图2(a)和(b)分别为本发明中实施例2所制备多孔NiO/CeO₂纳米片阵列的低倍和高倍扫描电子照片；

图3(a)为基于多孔NiO/CeO₂纳米片阵列的葡萄糖电化学生物传感器对不同浓度葡萄糖的电流响应，(b)为图3(a)中加入10μmol/L葡萄糖时生物传感器的电流响应。

具体实施方式

下面结合具体事例针对本发明作进一步说明。

实施例1：

1、NiO/CeO₂纳米片阵列前驱体的制备

(1)将购自于市场的泡沫镍(2cm*3cm)置于3mol/L盐酸中超声清洗30分钟以除去表面的氧化层，然后使用去离子水和无水乙醇交替清洗；

(2)将0.152g硝酸铈、0.026g氟化铵和0.1051g尿素共同溶于35mL蒸馏水中，形成混合溶液并将其转移至高压釜中；

(3)将步骤1中获得的泡沫镍置于含有步骤2中所获得的混合溶液的高压釜中，密封后在120℃的烘箱中进行水热处理12h；

2、多孔NiO/CeO₂纳米片阵列的制备

将水热处理后获得样品在空气气氛中煅烧，煅烧温度500℃，保温时间为2小时，即可获得多孔NiO/CeO₂纳米片阵列。

本实例所制备的多孔NiO/CeO₂纳米片阵列有序度高，多孔尺寸为5-40nm，纳米片厚度约为15nm，所制备的多孔NiO/CeO₂纳米片阵列形貌如图1所示。

实施例2：

1、NiO/CeO₂纳米片阵列前驱体的制备

(1)将购自于市场的泡沫镍(2cm*3cm)置于3mol/L盐酸中超声清洗30分钟以除去表面的氧化层，然后使用去离子水和无水乙醇交替清洗；

(2)将0.152g硝酸铈、0.026g氟化铵和0.1051g尿素共同溶于35mL蒸馏水中，形成混合溶液并将其转移至高压釜中；

(3)将步骤(1)中获得的泡沫镍置于含有步骤(2)中所获得的混合溶液的高压釜中，密封后在140℃的烘箱中进行水热处理12h；

2、多孔NiO/CeO₂纳米片阵列的制备

将水热处理后获得样品在空气气氛中煅烧，煅烧温度500℃，保温时间为2小时，即可获得多孔NiO/CeO₂纳米片阵列。

本实例所制备的多孔NiO/CeO₂纳米片阵列有序度高，多孔尺寸为5-20nm，纳米片厚度约为25nm，所制备的多孔NiO/CeO₂纳米片阵列形貌如图2所示。

多孔NiO/CeO₂纳米片阵列的用途为：

利用多孔NiO/CeO₂纳米片阵列的有序性、生物兼容性以及独特的电化学性能，可用作制备葡萄糖电化学生物传感器的基体材料。

以实施例1中制备的多孔NiO/CeO₂纳米片阵列作为葡萄糖电化学生物传感器的基体材料，用于构筑葡萄糖电化学生物传感器的参数为4.5v/v％戊二醛，4.8w/v％牛血清白蛋白以及200U/ml葡萄糖氧化酶，获得的葡萄糖电化学生物传感器对葡萄糖的响应如图3所示。

以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种多孔NiO/CeO₂杂化纳米片阵列，直接生长于泡沫镍表面，其特征在于，多孔NiO/CeO₂杂化纳米片的厚度约为10-25nm，纳米片上孔的直径为5-40nm；

所述的多孔NiO/CeO₂杂化纳米片阵列采用如下方法制备而成，具体步骤如下：

(1)将泡沫镍置于3mol/L的盐酸中超声清洗30分钟以除去泡沫镍表面的氧化层，随后分别用蒸馏水和无水乙醇交替清洗泡沫镍；

(2)将不同质量的硝酸铈、氟化铵和尿素共同溶于35mL蒸馏水中，形成混合溶液并将其转移至高压釜中；

(3)将步骤(1)中获得的泡沫镍置于含有步骤(2)中所获得的混合溶液的高压釜中，密封后在90℃-140℃的烘箱中进行水热处理，获得NiO/CeO₂杂化纳米片阵列的前驱体；

(4)将NiO/CeO₂杂化纳米片阵列的前驱体在空气气氛中煅烧，煅烧温度500℃，保温时间为2小时。

2.根据权利要求1所述的多孔NiO/CeO₂杂化纳米片阵列，其特征在于，多孔均匀分布在NiO/CeO₂杂化纳米片上。

3.根据权利要求1所述的多孔NiO/CeO₂杂化纳米片阵列，其特征在于，在水热反应过程中，水溶液中的Ce³⁺与泡沫镍上形成的NiO的前驱体发生阳离子交换，从而形成杂化结构。

4.一种权利要求1～3任意一项所述的NiO/CeO₂杂化纳米片阵列的用途，其特征在于，利用多孔NiO/CeO₂纳米片阵列的有序性、生物兼容性以及独特的电化学性能，可用作制备葡萄糖电化学生物传感器的基体材料。