CN104730124A - 一种具有葡萄糖检测性能的碳纳米材料及其制备方法 - Google Patents
一种具有葡萄糖检测性能的碳纳米材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104730124A CN104730124A CN201510122368.XA CN201510122368A CN104730124A CN 104730124 A CN104730124 A CN 104730124A CN 201510122368 A CN201510122368 A CN 201510122368A CN 104730124 A CN104730124 A CN 104730124A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon
- preparation
- carbon nanomaterial
- detection performance
- glucose detection
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明公开了一种具有葡萄糖检测性能的碳纳米材料及其制备方法，其以多壁碳纳米管为原料，采用化学氧化法沿纵向解开，通过控制解开程度获得碳管-石墨烯异质结构碳纳米材料。采用本发明碳管-石墨烯异质结构碳纳米材料对玻碳电极进行修饰，经电化学性能测试表明，本发明碳管-石墨烯异质结构碳纳米材料对葡萄糖氧化酶具有良好的相容性，与葡萄糖氧化酶复合后对葡萄糖检测表现出高灵敏度、宽检测限、良好的抗干扰性质，为发展第三代葡萄糖传感器提供了一个新的平台，同时在其他传感器及电化学领域上也具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及电化学领域，具体涉及一种具有良好葡萄糖检测性能的碳纳米材料及其制备方法。
背景技术
碳纳米管(CNTs)是由游离态的碳原子或原子团经过sp2杂化，发生重新排布形成的有序、中空的圆柱型一维碳材料。CNTs具有很多优良性能，如长径比高、导电性好、热力学稳定性好、机械强度高，已经被广泛应用在柔性电子器件、储能、电催化、电子显示材料等方面。CNTs因良好的生物相容性和化学稳定性、宽的可操作电位窗口、良好的电化学活性等性质被认为是作为传感器的理想物质之一。尽管CNTs具有如此多良好的性能，但其所具有的惰性及外壁之间的范德华力作用，使其虽然可以在有机溶剂中均匀分散，但在水溶液中容易扭曲团聚，减少催化活性位点，限制了其在传感器领域的应用。因此，如何获得具有良好生物检测性能的新型碳纳米材料对于推动生物传感领域的发展具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有良好葡萄糖检测性能的碳纳米材料及其制备方法，所得碳纳米材料对葡萄糖氧化酶具有良好的相容性，与葡萄糖氧化酶复合后对葡萄糖的检测可表现出高灵敏度、宽检测限、良好的抗干扰等特点，对于第三代葡萄糖传感器的制备及其他传感器的发展具有重要意义。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种具有良好葡萄糖检测性能的新型碳纳米材料是利用多壁碳纳米管作为原材料，采用溶液氧化解开法制得的具有碳管-石墨烯异质结构的碳纳米材料。
所述具有葡萄糖检测性能的碳纳米材料的制备方法，是将多壁碳纳米管与浓硫酸混合均匀，加入磷酸，搅拌均匀后缓慢加入高锰酸钾，50～100℃恒温水浴下匀速搅拌2～3 h后，于室温下静置，再加入含有过氧化氢的冰水，静置分层，除去上清液，下层用质量浓度为10～30%的盐酸抽滤，抽滤后的粗产品于去离子水中超声溶解，然后加入盐酸搅拌均匀，再用去离子水洗涤至中性，并用去离子水配制成碳管-石墨烯异质结构碳纳米材料溶液。
所用多壁碳纳米管与浓硫酸的重量体积比为1:0.1～0.5，所用浓硫酸与磷酸的体积比为5～9:1。
所述高锰酸钾的用量为多壁碳纳米管重量的3～5倍，控制加入时间为0.5～1小时。
所述含有过氧化氢的冰水中过氧化氢的质量浓度为1～5%。
所述超声的功率为50～100瓦，超声时间为1～10分钟。
配制得到的碳管-石墨烯异质节异质结构碳纳米材料的溶液的浓度为1～10 mg/mL。
本发明的有益效果在于：本发明利用一种简单易行的化学氧化方法将多壁碳纳米管解开，制备出一种具有良好葡萄糖检测性能的碳纳米材料，其对葡萄糖氧化酶具有良好的相容性，与葡萄糖氧化酶复合后对葡萄糖的检测可表现出高灵敏度、宽检测限、良好的抗干扰性质等特点，可用于制备新型葡萄糖传感器，在其他传感器及电化学领域上也具有广泛的应用前景。
附图说明
图1是实施例3制得的碳管-石墨烯异质结构碳纳米材料的透射电镜图。
图2是实施例3制得的碳管-石墨烯异质结构碳纳米材料与葡萄糖氧化酶复合的扫描电镜图。
图3是实施例3制得的碳管-石墨烯异质结构碳纳米材料与葡萄糖氧化酶复合修饰的玻碳电极在磷酸盐缓冲溶液中的循环伏安测试图。
图4是实施例3制得的碳管-石墨烯异质结构碳纳米材料与葡萄糖氧化酶复合修饰的玻碳电极检测葡萄糖的差分脉冲测试图。
图5是实施例3制得的碳管-石墨烯异质结构碳纳米材料与葡萄糖氧化酶复合修饰的玻碳电极抗干扰测试图。
具体实施方式
为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。
实施例1
将150 mg的多壁碳纳米管(CNTs)溶于15 mL浓硫酸中，适度搅拌1 h至混合液均匀，然后加入3 mL 质量浓度为85%的磷酸继续搅拌15 min，控制在半个小时内缓慢加入600 mg高锰酸钾，室温(25℃)搅拌1 h后将混合液加热到100℃，恒温水浴下缓慢搅拌3 h以避免将氧化后的碳管切成碎片；搅拌结束后取出混合液并静置至室温，然后加入100 mL的冰水（其中加入5 mL质量浓度为20%的过氧化氢）静置14 h后溶液分层；随后，弃去上清液，下层用0.22 μm的水相耐酸碱（PTFE）滤膜过滤，抽滤时，用6 mL 质量浓度为20%的盐酸洗两次；此后，将滤渣溶于60 mL的水中，50瓦下超声10分钟并缓慢搅拌至其分散均匀，随后在分散液中加入40 mL质量浓度为30%盐酸，搅拌均匀后在相同PTFE滤膜上用去离子水过滤至滤液呈中性，取滤渣重新分散在水中，以低频率超声至其分散均匀为止，再配制成浓度为5 mg/mL的碳管-石墨烯异质结构碳纳米材料溶液。
实施例2
将150 mg的多壁碳纳米管(CNTs)溶于75 mL浓硫酸中，适度搅拌1 h至混合液均匀，然后加入9.4 mL 质量浓度为85%的磷酸继续搅拌15 min，控制在一个小时内缓慢加入750 mg高锰酸钾，室温(25℃)搅拌1 h后将混合液加热到50℃，恒温水浴下缓慢搅拌2 h以避免将氧化后的碳管切成碎片；搅拌结束后取出混合液并静置至室温，然后加入100 mL的冰水（其中加入10 mL质量浓度为50%的过氧化氢）静置14 h后溶液分层；随后，弃去上清液，下层用0.22 μm的水相耐酸碱（PTFE）滤膜过滤，抽滤时，用6 mL 质量浓度为20%的盐酸洗两次；此后，将滤渣溶于60 mL的水中，100瓦下超声2分钟并缓慢搅拌至其分散均匀，随后在分散液中加入40 mL质量浓度为30%盐酸，搅拌均匀后在相同PTFE滤膜上用去离子水过滤至滤液呈中性，取滤渣重新分散在水中，以低频率超声至其分散均匀为止，再配制成浓度为10 mg/mL的碳管-石墨烯异质结构碳纳米材料溶液。
实施例3
将150 mg的多壁碳纳米管(CNTs)溶于36 mL浓硫酸中，适度搅拌1 h至混合液均匀，然后加入4 mL质量浓度为85%的磷酸继续搅拌15 min，控制在半个小时内缓慢加入450 mg高锰酸钾，室温(25℃)搅拌1 h后将混合液加热到65℃，恒温水浴下缓慢搅拌2 h以避免将氧化后的碳管切成碎片；搅拌结束后取出混合液并静置至室温，然后加入100 mL的冰水（其中加入5 mL质量浓度为30%的过氧化氢）静置14 h后溶液分层；随后，弃去上清液，下层用0.22 μm的水相耐酸碱（PTFE）滤膜过滤，抽滤时，用6 mL 质量浓度为20%的盐酸洗两次；此后，将滤渣溶于60 mL的水中，100瓦下超声2分钟并缓慢搅拌至其分散均匀，随后在分散液中加入40 mL质量浓度为30% 盐酸，搅拌均匀后在相同PTFE滤膜上用去离子水过滤至滤液呈中性，取滤渣重新分散在水中，以低频率超声至其分散均匀为止，再配制成浓度为1 mg/mL的碳管-石墨烯异质结构碳纳米材料溶液。
取所制备的1mg/mL碳管-石墨烯异质结构碳纳米材料溶液8μL滴在玻碳电极上，自然干燥，即获得碳管-石墨烯异质结构碳纳米材料溶液修饰的玻碳电极，然后采用修饰的玻碳电极作为修饰电极，铂丝作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，利用三电极系统在磷酸盐缓冲溶液中进行电化学传感性能测试。
图1为实施例3中所制得的碳管-石墨烯异质结构碳纳米材料的透射电镜图。从图中可见，CNTs的外壁已被解开，形成带状的石墨烯，而内壁保留碳管结构，说明其形成了石墨烯和碳纳米管异质结构。
图2为碳管-石墨烯异质结构碳纳米材料与葡萄糖氧化酶(GOD)复合的扫描电镜图，从图中可以看出GOD可以在碳管-石墨烯异质结构碳纳米材料表面形成很好的自组装。
图3为碳管-石墨烯异质结构碳纳米材料与GOD复合修饰的玻碳电极在无氧的0.1 M磷酸盐缓冲溶液(pH=7.0)中进行循环伏安测试的结果。从图中可见，修饰电极在测试中出现了对称的氧化还原峰，且峰电位差为37 mV，表明GOD在碳管-石墨烯异质结构碳纳米材料表面实现了较快的直接电子转移。
图4为碳管-石墨烯异质结构碳纳米材料与GOD复合修饰的玻碳电极用于检测葡萄糖的差分脉冲测试结果。从图中可以看出，葡萄糖浓度与峰电流具有很好的线性关系，表明制得的传感器呈现宽的检测范围，同时计算得到其米氏常数为5.09 mM，表明GOD具有较高的活性。
图5为碳管-石墨烯异质结构碳纳米材料与GOD复合修饰的玻碳电极的抗干扰测试结果。从图中可以看出，无论是体系中单独存在多巴胺（DA）、尿酸（UA）、抗坏血酸（AA），还是三种混合物同时存在的情况下，修饰电极对葡萄糖的检测都没有影响，表明该电极具有较好的抗干扰性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (9)
1. 一种具有葡萄糖检测性能的碳纳米材料，其特征在于：是以多壁碳纳米管为原材料，采用化学氧化法制得的具有碳管-石墨烯异质结构的碳纳米材料。
2. 一种如权利要求1所述具有葡萄糖检测性能的碳纳米材料的制备方法，其特征在于：将多壁碳纳米管与浓硫酸混合均匀，加入磷酸，搅拌均匀后缓慢加入高锰酸钾，恒温水浴下匀速搅拌后，于室温下静置，再加入含有过氧化氢的冰水，静置分层，除去上清液，下层用盐酸和去离子水抽滤、洗涤至中性，再用去离子水配制成碳管-石墨烯异质结构碳纳米材料溶液。
3. 根据权利要求2所述具有葡萄糖检测性能的碳纳米材料的制备方法，其特征在于：所用多壁碳纳米管与浓硫酸的重量体积比为1:0.1～0.5，所用浓硫酸与磷酸的体积比为5～9:1。
4. 根据权利要求2所述具有葡萄糖检测性能的碳纳米材料的制备方法，其特征在于：高锰酸钾的用量为多壁碳纳米管重量的3-5倍，加入时间控制在0.5～1小时。
5. 根据权利要求2所述具有葡萄糖检测性能的碳纳米材料的制备方法，其特征在于：所述恒温水浴的温度为50～100℃，搅拌时间为2～3小时。
6. 根据权利要求2所述具有葡萄糖检测性能的碳纳米材料的制备方法，其特征在于：所述含有过氧化氢的冰水中含有过氧化氢的质量浓度为1～5%。
7. 根据权利要求2所述具有葡萄糖检测性能的碳纳米材料的制备方法，其特征在于：抽滤时所用盐酸的质量浓度为10～30%。
8. 根据权利要求2所述具有葡萄糖检测性能的碳纳米材料的制备方法，其特征在于：将盐酸抽滤后的粗产品于去离子水中超声溶解，超声功率为50～100瓦，超声时间为1～10分钟。
9. 根据权利要求2所述具有葡萄糖检测性能的碳纳米材料的制备方法，其特征在于：配制得到碳管-石墨烯异质结构碳纳米材料溶液的浓度为1～10 mg/mL。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510122368.XA CN104730124A (zh) | 2015-03-20 | 2015-03-20 | 一种具有葡萄糖检测性能的碳纳米材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510122368.XA CN104730124A (zh) | 2015-03-20 | 2015-03-20 | 一种具有葡萄糖检测性能的碳纳米材料及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104730124A true CN104730124A (zh) | 2015-06-24 |
Family
ID=53454222
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510122368.XA Pending CN104730124A (zh) | 2015-03-20 | 2015-03-20 | 一种具有葡萄糖检测性能的碳纳米材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104730124A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106093166A (zh) * | 2016-06-07 | 2016-11-09 | 上海烟草集团有限责任公司 | 基于碳材料的用于检测尼古丁的电极及其制备方法和应用 |
| CN108918614A (zh) * | 2018-06-29 | 2018-11-30 | 同济大学 | 一种葡萄糖传感器及其制备方法 |
| CN109001276A (zh) * | 2018-09-21 | 2018-12-14 | 西北师范大学 | 基于COFs材料的电化学传感器的构建和应用 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102910621A (zh) * | 2012-10-23 | 2013-02-06 | 上海乘鹰新材料有限公司 | 多层石墨烯及其修饰电极的制备方法、用途 |
| CN103864069A (zh) * | 2014-03-26 | 2014-06-18 | 天津师范大学 | 一种以非连续管壁碳纳米管为原料制备石墨烯的方法 |
-
2015
- 2015-03-20 CN CN201510122368.XA patent/CN104730124A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102910621A (zh) * | 2012-10-23 | 2013-02-06 | 上海乘鹰新材料有限公司 | 多层石墨烯及其修饰电极的制备方法、用途 |
| CN103864069A (zh) * | 2014-03-26 | 2014-06-18 | 天津师范大学 | 一种以非连续管壁碳纳米管为原料制备石墨烯的方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| AMANDA L. HIGGINBOTHAM, ET AL.: "Lower-Defect Graphene Oxide Nanoribbons from Multiwalled Carbon Nanotubes", 《ACS NANO》 * |
| HUIFANG HU,ET AL.: "A glucose biosensor based on partially unzipped carbon nanotubes", 《TALANTA》 * |
| SELVAKUMAR PALANISAMY,ET AL.: "Amperometric glucose biosensor based on glucose oxidase dispersed in multiwalled carbon nanotubes-graphene oxide hybrid biocomposite", 《MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING C》 * |
| YINGPAN SONG, ET AL.: "Electrochemistry of partially unzipped carbon nanotubes", 《ELECTROCHEMISTRY COMMUNICATIONS》 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106093166A (zh) * | 2016-06-07 | 2016-11-09 | 上海烟草集团有限责任公司 | 基于碳材料的用于检测尼古丁的电极及其制备方法和应用 |
| CN108918614A (zh) * | 2018-06-29 | 2018-11-30 | 同济大学 | 一种葡萄糖传感器及其制备方法 |
| CN109001276A (zh) * | 2018-09-21 | 2018-12-14 | 西北师范大学 | 基于COFs材料的电化学传感器的构建和应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Tu et al. | Mxene/carbon nanohorn/β-cyclodextrin-Metal-organic frameworks as high-performance electrochemical sensing platform for sensitive detection of carbendazim pesticide | |
| Han et al. | Leaf-templated synthesis of 3D hierarchical porous cobalt oxide nanostructure as direct electrochemical biosensing interface with enhanced electrocatalysis | |
| Li et al. | Improved electrochemical properties of prussian blue by multi-walled carbon nanotubes | |
| Luo et al. | Nonenzymatic amperometric determination of glucose by CuO nanocubes–graphene nanocomposite modified electrode | |
| Sun et al. | A novel layer-by-layer self-assembled carbon nanotube-based anode: Preparation, characterization, and application in microbial fuel cell | |
| Chen et al. | In situ growth of FeOOH nanoparticles on physically-exfoliated graphene nanosheets as high performance H2O2 electrochemical sensor | |
| Ahmadalinezhad et al. | High-performance electrochemical biosensor for the detection of total cholesterol | |
| Yang et al. | Carbon nanotube/cobalt hexacyanoferrate nanoparticle-biopolymer system for the fabrication of biosensors | |
| Thomas et al. | Multi-walled carbon nanotube/poly (glycine) modified carbon paste electrode for the determination of dopamine in biological fluids and pharmaceuticals | |
| CN105136885B (zh) | 一种普鲁士蓝/n‑掺杂碳纳米复合材料的制备及应用 | |
| Li et al. | Electrochemical behavior of graphene doped carbon paste electrode and its application for sensitive determination of ascorbic acid | |
| Savari et al. | High sensitivity amperometric and voltammetric determination of persulfate with neutral red/nickel oxide nanowires modified carbon paste electrodes | |
| Rivas et al. | Carbon nanotubes paste electrodes. A new alternative for the development of electrochemical sensors | |
| Qin et al. | Amperometric biosensors based on gold nanoparticles-decorated multiwalled carbon nanotubes-poly (diallyldimethylammonium chloride) biocomposite for the determination of choline | |
| Yang et al. | A novel tyrosinase biosensor based on chitosan-carbon-coated nickel nanocomposite film | |
| Xu et al. | Biosensor Based on Self‐Assembling Glucose Oxidase and Dendrimer‐Encapsulated Pt Nanoparticles on Carbon Nanotubes for Glucose Detection | |
| Che et al. | A glucose biosensor based on chitosan–Prussian blue–multiwall carbon nanotubes–hollow PtCo nanochains formed by one-step electrodeposition | |
| Wu et al. | Sensitive enzymatic glucose biosensor fabricated by electrospinning composite nanofibers and electrodepositing Prussian blue film | |
| Jia et al. | Carbon paper electrode modified with TiO2 nanowires enhancement bioelectricity generation in microbial fuel cell | |
| Zhang et al. | Synergistic effects of nano-ZnO/multi-walled carbon nanotubes/chitosan nanocomposite membrane for the sensitive detection of sequence-specific of PAT gene and PCR amplification of NOS gene | |
| Li et al. | A sensitive amperometric bromate sensor based on multi-walled carbon nanotubes/phosphomolybdic acid composite film | |
| Li et al. | Stabilization of Prussian blue with polyaniline and carbon nanotubes in neutral media for in vivo determination of glucose in rat brains | |
| CN104529545A (zh) | 一种具有良好电化学性能的解开的氮掺杂碳纳米管衍生物 | |
| CN102253092A (zh) | 复合膜修饰的DNA传感器及其制备方法和在检测Lip特定编码基因片段中的应用 | |
| CN103954660B (zh) | 一种检测胆固醇的酶生物传感器及其制备方法与应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150624 |