CN108205004A - 无酶葡萄糖电化学传感纳米复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无酶葡萄糖电化学传感纳米复合材料及其制备方法，主要包括MoS2和NiCo2O4‑MoS2的制备二个步骤：超声下，将MoS2分散于超纯水中；加入NiCl2·6H2O、CoCl2·6H2O到悬浮液中搅拌均匀；将悬浮液与NaOH混合后，迅速进行水热反应，洗涤、干燥后即得到所述的电化学传感纳米复合材料，该纳米复合材料的制备是科学耦合纳米粒子与二维纳米材料MoS2的一锅水热组装方法。本发明合成的杂化材料合成步骤简单、高效，易于大量制备，特别适用于作为葡萄糖的电化学催化侦测与分析。

Description

无酶葡萄糖电化学传感纳米复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种无酶葡萄糖电化学传感纳米复合材料的制备方法，特别是一种NiCo2O4，MoS2耦合的功能化纳米材料(NiCo2O4-MoS2)，属于材料制备领域。
背景技术
糖尿病是一种由于胰岛素分泌缺陷或作用障碍所致的以高血糖为特征的代谢性疾病，严重威胁着人们的生命健康。2014年，全世界范围内约有4.22亿成年人患有糖尿病，且在2012年，糖尿病引起了约1.5百万例死亡，因此有效的控制和检测糖尿病是迫在眉睫的问题。
目前，已有多种方法定量检测葡萄糖，如气相色谱法、分光光度法、高效液相色谱法、电化学分析法等。电化学传感器作为化学传感器的一类，具备高灵敏度，低检测限，及生物识别过程中的高特异性等优点。非酶葡萄糖生物传感器作为一种电化学传感器，不具有酶对于温度、湿度、pH和有毒物质的影响，而引起了极大的关注。
目前，纳米材料已广泛应用于传感器的研究，通过调整纳米结构，协同耦合多元复合材料将有助于显著提升对葡萄糖的电化学催化响应，实现人体血糖浓度的精密检测。其中，MoS2作为一种典型的原子晶体，具有极大的能隙和独特的电子、光学、机械和化学性能，已被应用于灵活低成本的电子和光电子领域。此外，它还是一个简单有效的负载金属衍生物构建纳米复合材料的平台，制备出的以MoS2为基底的复合材料具备功能化金属衍生物和MoS2的使得其在很多领域都极具吸引力。
二元金属氧化物，例如CuCo2O4，MnCo2O4和NiCo2O4等已被广泛的应用于非酶葡萄糖生物传感器，由于其复杂的组成和金属元素之间的协同作用。其中，NiCo2O4由于其电化学催化活性，生物相容性和无毒性成为传感器的有希望的材料。
而在现有技术中，构建二元复合材料往往需要复杂的工艺，浪费了大量了人力，物力，三废较高。因而，利用简单技术实现多元组分构建纳米传感亦成为目前最重要和最具挑战的工作之一。(1.G.Zhang,H.Liu,J.Qu,J.Li,Energy Environ.Sci.,9(2016)1190-1209；2.L.Hu,L.Wu,M.Liao,X.Hu,X.Fang,Adv.Funct.Mater.,22(2012)998-1004)
但在上述方法中，材料制备所采用的方法与本发明采用的方法不同。一般地，文献中报道的方法多为复杂的多步操作，且合成步骤操作繁琐，难于工业化大规模生产，三废较多。本发明通过简易的水热法构建了NiCo2O4-MoS2纳米复合材料，通过两组分之间的协同作用，提升传感材料的电化学性能。
发明内容
本发明针对现有技术存在的操作繁琐、复杂，三废较大等不足，提供一种NiCo2O4-MoS2纳米复合材料的一锅水热简易制备方法。
一种NiCo2O4-MoS2纳米复合材料的制备方法，通过超声下，将MoS2分散于超纯水中；加入NiCl2·6H2O、CoCl2·6H2O到悬浮液中搅拌均匀；将悬浮液与NaOH混合后，迅速进行水热反应，一锅水热合成即可制得粗产物。经过过滤、洗涤及干燥后，干燥后，即得到所述的电化学传感纳米复合材料。其具体的工艺包括以下步骤：
步骤1、以Na2MoO4·2H2O为钼源，水热合成MoS2；
步骤2、超声下，制备MoS2的超纯水悬浮液；
步骤3、加入NiCl2·6H2O、CoCl2·6H2O到悬浮液中搅拌均匀；
步骤4、将步骤3的悬浮液与NaOH水溶液混合后，迅速进行水热反应，Ni2+和Co2+的摩尔比为1:2mmol/mmol；反应温度为130～160℃；
步骤5、将步骤4的产物洗涤、干燥及煅烧后，即得到所述的NiCo2O4-MoS2纳米复合材料。
进一步的，步骤2中，所述的超声时间为1～10h。
进一步的，步骤2中，MoS2和水溶剂的比为1:1～3:1mg/ml。
进一步的，步骤3中，MoS2和NiCl2·6H2O的比为200:1～50:1mg/mmol；
进一步的，步骤4中，Ni2+和NaOH的摩尔比为11.25:1～22.5:1。
进一步的，步骤4中，Ni2+和Co2+的摩尔比为1:2mmol/mmol。
进一步的，步骤4中，水热反应时间为10～16h。
进一步的，步骤5中，煅烧温度为250～350℃，煅烧时间为1～4h。
与现有技术相比，本发明的优点是：
(1)本发明所述的制备方法避免了繁琐的多元材料合成步骤，只需要通过搅拌混合后，利用一锅水热合成技术即可合成。
(2)本发明只要通过简单的离心洗涤、过滤等常规操作，工艺简单，绿色环保。
(3)本发明制备的功能化纳米杂化传感材料可以非常容易地通过调节反应温度和配比控制NiCo2O4-MoS2的耦合比例和粒子尺寸，进而调节杂化材料的催化性能。
(4)本发明的制备方法贴近绿色化学的要求，易于控制，有利于工业化批量生产。
下面结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明制备一种无酶葡萄糖电化学传感纳米复合材料的制备过程示意图。
图2是本发明实施例1中合成的纳米复合传感材料的XRD图。
图3是本发明实施例1中合成的纳米复合传感材料的TEM照片。
图4是本发明实施例1中合成的纳米复合传感材料的SEM图。
图5是本发明本发明实施例1中功能化石墨烯纳米复合传感材料修饰玻碳电极对于葡萄糖的i-t曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明，本实施例在以本发明技术方案前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，一种NiCo2O4-MoS2纳米复合传感材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
步骤1、以Na2MoO4·2H2O为钼源，水热合成MoS2；
步骤2、超声下，制备MoS2的超纯水悬浮液；所述的超声时间为1～10h；MoS2和水溶剂的比为1:1～3:1mg/ml；
步骤3、加入NiCl2·6H2O、CoCl2·6H2O到悬浮液中搅拌均匀；MoS2和NiCl2·6H2O的比为200:1～50:1mg/mmol；
步骤4、将步骤3的悬浮液与NaOH水溶液混合后，迅速进行水热反应，Ni2+和Co2+的摩尔比为1:2mmol/mmol；Ni2+和NaOH的摩尔比为11.25:1～22.5:1；反应温度为130～160℃；水热反应时间为10～16h。
步骤5、将步骤4的产物洗涤、干燥及煅烧后，即得到所述的NiCo2O4-MoS2纳米复合材料。煅烧温度为250～350℃，煅烧时间为1～4h。
实施例1
第一步，MoS2固体的制备；
250mg Na2MoO4·2H2O和200mg硫代乙酰胺通过搅拌室温溶于30mL超纯水中，将溶液转移至50mL聚四氟乙烯内衬不锈钢反应釜中，在200℃下反应16h。待冷却到室温后，收集黑色沉淀物，并通过减压抽滤的方法用去离子水和乙醇冲洗三遍，在60℃下真空干燥12h，使用玛瑙研钵研磨成粉。
第二步，超声下，48mg MoS2通过水浴超声2h分散在20mL超纯水中；
第三步，加入0.4mmol NiCl2·6H2O和0.8mmol CoCl2·6H2O到悬浮液中搅拌均匀；
第四步，将步骤3的悬浮液与0.3M 22mL NaOH水溶液混合后，迅速进行水热反应，反应温度为140℃；水热反应时间为12h。
第五步，将步骤4的产物洗涤、干燥后，在300℃下煅烧3h，即得到NiCo2O4-MoS2纳米复合材料。
功能化纳米复合传感材料的XRD如图2所示，证明该纳米杂化材料已成功合成。
功能化纳米复合传感材料的TEM图如图3所示，证明该纳米杂化材料已成功合成。
功能化纳米复合传感材料的SEM图如图4所示，证明该纳米杂化材料已成功合成。
功能化纳米复合传感材料修饰玻碳电极对于葡萄糖的i-t曲线如图5所示，证明该纳米杂化材料对葡萄糖具有良好的电催化响应。
实施例2
第一步，同实施例1中步骤一；
第二步，超声下，50mg MoS2通过水浴超声10h分散在50mL超纯水中；
第三步，加入0.2mmol NiCl2·6H2O和0.4mmol CoCl2·6H2O到悬浮液中搅拌均匀；
第四步，将步骤3的悬浮液与0.3M 15mL NaOH水溶液混合后，迅速进行水热反应，反应温度为130℃；水热反应时间为16h。
第五步，将步骤4的产物洗涤、干燥后，在250℃下煅烧4h，即得到NiCo2O4-MoS2纳米复合材料。
实施例3
第一步，同实施例1中步骤一；
第二步，超声下，48mg MoS2通过水浴超声1h分散在20mL超纯水中；
第三步，加入0.4mmol NiCl2·6H2O和0.8mmol CoCl2·6H2O到悬浮液中搅拌均匀；
第四步，将步骤3的悬浮液与0.3M 30mL NaOH水溶液混合后，迅速进行水热反应，反应温度为160℃；水热反应时间为10h。
第五步，将步骤4的产物洗涤、干燥后，在350℃下煅烧1h，即得到NiCo2O4-MoS2纳米复合材料。
实施例4
第一步，同实施例1中步骤一；
第二步，超声下，60mg MoS2通过水浴超声9h分散在20mL超纯水中；
第三步，同实施例1中步骤三；
第四步，将步骤3的悬浮液与0.3M 25mL NaOH水溶液混合后，迅速进行水热反应，反应温度为160℃；水热反应时间为12h。
第五步，将步骤4的产物洗涤、干燥后，在250℃下煅烧4h，即得到NiCo2O4-MoS2纳米复合材料。
实施例5
第一步，同实施例1中步骤一；
第二步，超声下，50mg MoS2通过水浴超声10h分散在50mL超纯水中；
第三步，加入0.25mmol NiCl2·6H2O和0.5mmol CoCl2·6H2O到悬浮液中搅拌均匀；
第四步，将步骤3的悬浮液与0.3M 28mL NaOH水溶液混合后，迅速进行水热反应，反应温度为140℃；水热反应时间为15h。
第五步，将步骤4的产物洗涤、干燥后，在300℃下煅烧3h，即得到NiCo2O4-MoS2纳米复合材料。
实施例6
第一步，同实施例1中步骤一；
第二步，超声下，50mg MoS2通过水浴超声8h分散在50mL超纯水中；
第三步，加入1mmol NiCl2·6H2O和2mmol CoCl2·6H2O到悬浮液中搅拌均匀；
第四步，将步骤3的悬浮液与0.3M 30mL NaOH水溶液混合后，迅速进行水热反应，反应温度为140℃；水热反应时间为15h。
第五步，将步骤4的产物洗涤、干燥后，在300℃下煅烧4h，即得到NiCo2O4-MoS2纳米复合材料。
实施例7
第一步，同实施例1中步骤一；
第二步，超声下，48mg MoS2通过水浴超声5h分散在20mL超纯水中；
第三步至五步，同实施例1中步骤三至五；
实施例8
第一步至三步，同实施例1中步骤一至三；
第四步，将步骤3的悬浮液与0.3M 15mL NaOH水溶液混合后，迅速进行水热反应，反应温度为140℃；水热反应时间为12h。
第五步，同实施例1中步骤五；
实施例9
第一步至三步，同实施例1中步骤一至三；
第四步，将步骤3的悬浮液与0.3M 30mL NaOH水溶液混合后，迅速进行水热反应，反应温度为140℃；水热反应时间为12h。
第五步，同实施例1中步骤五；
实施例10
第一步至三步，同实施例1中步骤一至三；
第四步，将步骤3的悬浮液与0.3M 22mL NaOH水溶液混合后，迅速进行水热反应，反应温度为140℃；水热反应时间为16h。
第五步，同实施例1中步骤五；
实施例11
第一步至三步，同实施例1中步骤一至三；
第四步，将步骤3的悬浮液与0.3M 22mL NaOH水溶液混合后，迅速进行水热反应，反应温度为140℃；水热反应时间为10h。
第五步，同实施例1中步骤五；
实施例12
第一步至三步，同实施例1中步骤一至三；
第四步，将步骤3的悬浮液与0.3M 22mL NaOH水溶液混合后，迅速进行水热反应，反应温度为160℃；水热反应时间为10h。
第五步，同实施例1中步骤五；
实施例13
第一步至三步，同实施例1中步骤一至三；
第四步，将步骤3的悬浮液与0.3M 22mL NaOH水溶液混合后，迅速进行水热反应，反应温度为130℃；水热反应时间为16h。
第五步，同实施例1中步骤五；
实施例14
第一步至四步，同实施例1中步骤一至四；
第五步，将步骤4的产物洗涤、干燥后，在300℃下煅烧4h，即得到NiCo2O4-MoS2纳米复合材料。
实施例15
第一步至四步，同实施例1中步骤一至四；
第五步，将步骤4的产物洗涤、干燥后，在300℃下煅烧1h，即得到NiCo2O4-MoS2纳米复合材料。
实施例16
第一步至三步，同实施例1中步骤一至三；
第四步，将步骤3的悬浮液与0.3M 15mL NaOH水溶液混合后，迅速进行水热反应，反应温度为140℃；水热反应时间为12h。
第五步，同实施例1中步骤五；
实施例17
第一步至三步，同实施例1中步骤一至三；
第四步，将步骤3的悬浮液与0.3M 30mL NaOH水溶液混合后，迅速进行水热反应，反应温度为140℃；水热反应时间为12h。
第五步，同实施例1中步骤五；
本发明避免了繁琐的多元材料合成步骤，只需要通过搅拌混合后，利用水热合成技术即可合成。合成后，只要通过简单的离心洗涤、过滤、煅烧等常规操作，即可制备而成。同时本发明制备的功能化纳米杂化传感材料可以非常容易地通过调节反应温度和配比控制耦合量和纳米尺寸，进而调节杂化材料的催化性能。本发明的制备方法贴近绿色化学的要求，易于控制，有利于工业化批量生产。

Claims (9)

1.无酶葡萄糖电化学传感纳米复合材料的制备方法，其特征在于，由如下步骤制备：
步骤1、以Na2MoO4·2H2O为钼源，水热合成MoS2；
步骤2、超声下，制备MoS2的超纯水悬浮液；
步骤3、加入NiCl2·6H2O、CoCl2·6H2O到悬浮液中搅拌均匀；
步骤4、将步骤3的悬浮液与NaOH水溶液混合后，迅速进行水热反应，Ni2+和Co2+的摩尔比为1:2mmol/mmol；水热反应温度为130～160℃；
步骤5、将步骤4的产物洗涤、干燥及煅烧后，即得到所述的NiCo2O4-MoS2纳米复合材料。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述的超声时间为1～10h；MoS2和超纯水的比为1:1～3:1mg/ml。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2中的MoS2和步骤3中的NiCl2·6H2O的比为200:1～50:1mg/mmol。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤4中，悬浮液中的Ni2+和NaOH的摩尔比为11.25:1～22.5:1。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤4中，水热反应时间为10～16h。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤5中，煅烧温度为250～350℃，煅烧时间为1～4h。
7.如权利要求1-6任一所述的制备方法制备的纳米复合材料。
8.如权利要求7中所述的纳米复合材料的应用。
9.如权利要求8所述的应用，其特征在于，将所述的纳米复合材料应用于葡萄糖的电化学催化侦测与分析上。
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