CN108906104A - 负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片及其制备方法和应用,该负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片是以磷杂化石墨相氮化碳纳米片为载体,其表面负载有金纳米粒子。其制备方法包括:制备磷杂化石墨相氮化碳纳米片分散液,并将其与氯金酸溶液混合制得本发明的纳米片。本发明负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片具有光电能力强、稳定性高、比表面积大、孔径规整有序、分散性能好、光能利用率高等优点,其制备方法具有制备工艺简单、成本低等优点,适合于大规模制备。本发明负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片作为功能型纳米材料可用于检测或降解环境污染物,能够取得较好的效果,具有很好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于材料技术领域,涉及一种用于检测和降解环境污染物的功能型纳米材料,具体涉及一种负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片及其制备方法和应用。
背景技术
随着化石能源的逐渐短缺,越来越多的人把目光转移至太阳能等可再生能源上。半导体光电化学催化技术引起了研究者的极大关注,且在发光设备、光学探测器、光电化学电池等方面获得了广泛应用,同时也可以解决能源与环境的诸多问题。光电化学催化通过选择半导体光电极(或粉末)材料和(或)改变电极的表面状态(表面处理或表面修饰催化剂)来加速光电化学反应的作用。但是,普遍存在的问题有光能转换效率低、催化剂活性不够高、催化剂选择性不够好、催化剂寿命不够长、光生载流子容易出现复合等。为了避免这些不利因素,进一步提高太阳能的转换效率,必须要设计高分离效率的光催化剂。
作为一种用于光催化产氢和环境污染处理的光催化剂,石墨相的非金属半导体氮化碳(g-C3N4)得到了广泛关注和研究,但是它本身仍存在不足:低的比表面积和高的载流子复合率。常用的优化方法有:通过剥离和热腐蚀降低氮化碳的厚度来增加高活性位点和缩短载流子传输路径;制备纳米孔隙结构或者破坏材料的2D共轭层结构;构建异质结;利用杂原子掺杂和缺陷优化能带结构和载流子分离效率。然而,这些方法存在工艺复杂、操作困难、成本高等问题,且由它们制得的石墨相氮化碳光催化剂仍存在以下不足:比表面积小、电子和空穴分离不完全、电子传输速度慢,以及出现重新复合等。上述问题的存在,极大地限制了基于石墨相氮化碳的新型光电化学催化材料在光电化学催化领域的应用范围,因此有必要采用简单的优化方法显著提高石墨相氮化碳的光电化学性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足,提供一种光电能力强、稳定性高的负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片及其制备方法,还提供了一种该负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片作为功能型纳米材料在检测或降解环境污染物中的应用。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:
一种负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片,所述负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片是以磷杂化石墨相氮化碳纳米片为载体,所述磷杂化石墨相氮化碳纳米片表面负载有金纳米粒子。
上述的负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片,进一步改进的,所述负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片中磷杂化石墨相氮化碳纳米片与金纳米粒子的质量比为1∶0.01~0.2。
作为一个总的技术构思,本发明还提供了一种上述的负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片的制备方法,包括以下步骤:
S1、将磷杂化石墨相氮化碳纳米片分散于甲醇/水混合溶液中,得到磷杂化石墨相氮化碳纳米片分散液;
S2、将磷杂化石墨相氮化碳纳米片分散液与氯金酸溶液混合,搅拌,光催化还原反应,得到负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片。
上述的制备方法,进一步改进的,所述磷杂化石墨相氮化碳纳米片是将磷杂化石墨相氮化碳粉体升温至400℃~520℃热处理2h~4h制得。
上述的制备方法,进一步改进的,所述磷杂化石墨相氮化碳粉体的制备方法包括以下步骤:
(1)将三聚氰胺和2-氨乙基磷酸溶解到水中,得到混合溶液;
(2)将步骤(1)得到的混合溶液进行加热,将水蒸发,得到混合晶体;
(3)将步骤(2)得到的混合晶体升温至400℃~520℃焙烧2h~4h,继续升温至520℃~550℃焙烧3h~5h,得到磷杂化石墨相氮化碳粉体。
上述的制备方法,进一步改进的,所述步骤(1)中,所述三聚氰胺和2-氨乙基磷酸的质量比为40~80∶1;所述三聚氰胺与水的质量体积比为1g~2g∶60mL~100mL。
上述的制备方法,进一步改进的,所述步骤S1中,所述磷杂化石墨相氮化碳纳米片与甲醇/水混合溶液的质量体积比为2mg~3mg∶1mL;所述甲醇/水混合溶液由甲醇和超纯水混合制得;所述甲醇和超纯水的体积比为0.5~1.5∶5。
上述的制备方法,进一步改进的,所述步骤S2中,所述氯金酸溶液由氯金酸和超纯水混合制得;所述氯金酸和超纯水的质量体积比为1g∶60mL~120mL;所述氯金酸溶液与磷杂化石墨相氮化碳纳米片分散液的体积比为0.0025~0.05∶1;所述搅拌的时间为0.5h~1.5h;所述光催化还原反应的时间为0.5h~1.5h。
作为一个总的技术构思,本发明还提供了一种上述的负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片或上述的制备方法制得的负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片作为功能型纳米材料在检测环境污染物中的应用。
作为一个总的技术构思,本发明还提供了一种上述的负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片或上述的制备方法制得的负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片作为功能型纳米材料在降解环境污染物中的应用。
上述的应用,进一步改进的,所述环境污染物为抗生素;所述抗生素为土霉素。
与现有技术相比,本发明的优点在于:
(1)本发明提供了一种负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片,以磷杂化石墨相氮化碳纳米片为载体,磷杂化石墨相氮化碳纳米片表面负载金纳米粒子。本发明磷杂化石墨相氮化碳纳米片中,磷原子的掺杂可以提高石墨相氮化碳对可见光的吸收能力,能够进一步提高石墨相氮化碳材料的光催化效果,且磷杂化石墨相氮化碳纳米片表面具有介孔结构,比表面积进一步增加,可以促进材料与反应物的接触,也能更有利于金纳米粒子在磷杂化石墨相氮化碳纳米片上面的成核生长,形成的复合材料接触也更紧密,稳定性更高;同时,磷杂化石墨相氮化碳纳米片,具有制备简单、稳定性高、环境友好等优点。本发明中,金纳米粒子是一种优良的电子导体,存在等离子体共振效应(SPR),将金纳米粒子修饰在磷杂化石墨相氮化碳纳米片表面,能够充分利用金的等离子体共振效应,使磷杂化石墨相氮化碳纳米片对近红外光具有一定的吸收能力,从而提高磷杂化石墨相氮化碳纳米片在近红外光的响应程度,能够将磷杂化石墨相氮化碳纳米片的光催化响应范围从可见光区拓展到近红外光区,进而增强磷杂化石墨相氮化碳纳米片的光能利用率,同时,金纳米粒子的引入使得复合光催化剂具有很好的光生电子和空穴分离能力,电子-空穴复合减少,通过减少光响应过程中有效电子和空穴的损耗,从而极大地提高材料的光电化学性能,因而将金纳米粒子修饰在磷杂化石墨相氮化碳纳米片表面,使材料具有可见光吸收程度高、光催化效率好等优点。本发明中金和磷元素的共同修饰对提高石墨相氮化碳的光电化学性能具有协同促进作用,使得本发明的负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片具有更强的光电化学响应和更好的稳定性。另外,本发明负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片具有比表面积大、孔径规整有序、分散性能好、光能利用率高等优点,是一种新型的石墨相氮化碳复合材料。
(2)本发明提供了一种负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片的制备方法,以磷杂化石墨相氮化碳纳米片为载体,将磷杂化石墨相氮化碳纳米片分散于甲醇/水混合溶液中,然后加入氯金酸溶液进行光催化还原将金纳米粒子原位负载到磷杂化石墨相氮化碳纳米片表面,具有操作简单、金纳米粒子分散均匀、不需要添加额外的化学辅助溶剂等优点,且所形成的负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片稳定性好、光电化学性能强。本发明制备方法具有制备工艺简单、成本低等优点,适合于大规模制备。
(3)本发明还提供了一种负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片作为功能型纳米材料在检测或降解环境污染物中的应用,将负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片用于检测或降解环境污染物均能够取得较好的效果,具有很好的应用前景。
(4)本发明负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片作为功能型纳米材料在检测环境污染物中的应用是将负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片修饰在导电玻璃电极表面,并进一步制成光电化学适配体传感器的工作电极,从而利用光电化学适配体传感器实现对环境污染物的检测。本发明中,将负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片作为功能型纳米材料用于制备光电化学适配体传感器的工作电极,可减少工作电极制备步骤,且能够提高光电化学适配体传感器的检测灵敏度;负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片具有比表面积大、分散性能好、生物相容性高等优点,可以提供更多的活性位点和适配体的负载位点,最小化电子扩散距离,极大地促进电子和空穴的分离,从而提高光电化学适配体传感器的光电化学分析性能;同时得益于磷杂化石墨相氮化碳纳米片与金纳米粒子的协同放大作用,以及磷杂化石墨相氮化碳纳米片与金纳米粒子均具有较高的电导性和良好的热稳定性,可以提高光能利用率,促进电子和空穴分离,很大程度上提高了光电化学适配体传感器的灵敏度,降低了信噪比,从而使得光电化学适配体传感器具有宽的检测范围和低的检测极限。本发明由负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片制得的光电化学适配体传感器,能够直接用于检测环境污染物(如土霉素),且对于污染物的检测能获得较好的检测范围和检测极限,具有稳定性高、使用寿命长、检测范围宽、检测极限低、抗干扰能力强等优点。
附图说明
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
图1为本发明实施例1中制得的磷杂化石墨相氮化碳纳米片(PCN-S)和负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片(Au/PCN-S)的透射电镜图,其中(a)为PCN-S,(b)为Au/PCN-S。
图2为本发明实施例1中制得的磷杂化石墨相氮化碳粉体(PCN-B)、磷杂化石墨相氮化碳纳米片(PCN-S)和负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片(Au/PCN-S)的孔径分布图。
图3为本发明实施例1中制得的磷杂化石墨相氮化碳粉体(PCN-B)、磷杂化石墨相氮化碳纳米片(PCN-S)和负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片(Au/PCN-S)的XRD图,其中(a)为PCN-B,(b)为PCN-S,(c)为Au/PCN-S。
图4为本发明实施例2中光电化学适配体传感器检测不同浓度土霉素溶液时对应的光电流响应图。
图5为本发明实施例2中不同浓度土霉素与光电流变化关系的检测线性回归图。
图6为本发明实施例4中光电化学适配体传感器的稳定性对比图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述,但并不因此而限制本发明的保护范围。
以下实施例中,若无特别说明,所采用的原料和仪器均为市售,所采用工艺为常规工艺,所采用设备为常规设备,且所得数据均是三次以上重复实验的平均值。
光源取自高亮度氙灯平行光源系统仪器,并以300W氙灯(北京泊菲莱)作为可见光源。用420nm滤光片滤掉氙灯的可见光。电化学实验使用CHI660B电化学工作站(上海辰华仪器有限公司),利用传统的三电极体系:修饰的导电玻璃电极为工作电极,铂丝电极为对电极,饱和甘汞电极(SCE)为参比电极(所有电位均相对于SCE)。
实施例1
一种负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片,以磷杂化石墨相氮化碳纳米片为载体,磷杂化石墨相氮化碳纳米片表面负载有金纳米粒子。
本实施例中,负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片中磷杂化石墨相氮化碳纳米片与金纳米粒子的质量比为1∶0.1。
本实施例中,通过光催化还原法使金纳米粒子负载(修饰)在磷杂化石墨相氮化碳纳米片表面,且金纳米粒子均匀的分散在磷杂化石墨相氮化碳纳米片的表面。
一种上述本实施例的负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片的制备方法,包括以下步骤:
(1)将18.0g三聚氰胺和0.3g 2-氨乙基磷酸置于烧杯中,加入900mL水,搅拌充分溶解,得到混合溶液;将混合溶液加热,使水完全蒸发,得到白色的混合晶体;将混合晶体放置于管式炉中焙烧,具体为:将混合晶体从室温升至500℃,保持3h,然后升温至550℃,保持5h,待冷却至室温,研磨,得到磷杂化石墨相氮化碳粉体,记为PCN-B。
(2)称取3.0g步骤(1)得到的磷杂化石墨相氮化碳粉体从室温升至500℃,保持2h,待冷却至室温,得到磷杂化石墨相氮化碳纳米片,即为PCN-S。
(3)取0.05g步骤(2)制备的磷杂化石墨相氮化碳纳米片置于20mL甲醇/水混合溶液(该甲醇/水混合溶液由甲醇和超纯水混合制备得到,其中甲醇与超纯水的体积比为1∶5)中,混合均匀,得到磷杂化石墨相氮化碳纳米片分散液;将863μL氯金酸溶液(该氯金酸溶液中氯金酸和超纯水的质量体积比为1g∶120mL)加入到磷杂化石墨相氮化碳纳米片分散液中,搅拌1h,进行光催化还原反应1h,使金纳米粒子负载到磷杂化石墨相氮化碳纳米片材料表面,收集,清洗,干燥,得到负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片,记为Au/PCN-S。
对本发明实施例1中制得的磷杂化石墨相氮化碳纳米片(PCN-S)和负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片(Au/PCN-S)进行透射电镜成像分析,结果如图1所示。图1为本发明实施例1中制得的磷杂化石墨相氮化碳纳米片(PCN-S)和负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片(Au/PCN-S)的透射电镜图,其中(a)为PCN-S,(b)为Au/PCN-S。从图1(a)中可知,磷杂化石墨相氮化碳纳米片呈典型的片层结构,表面不光滑,具有大量的内平面介孔结构。从图1(b)中可知,金纳米粒子均匀的分散在磷杂化石墨相氮化碳纳米片表面,说明金纳米粒子和磷杂化石墨相氮化碳纳米片很好地进行了复合。
对本发明实施例1中制得的磷杂化石墨相氮化碳粉体(PCN-B)、磷杂化石墨相氮化碳纳米片(PCN-S)和负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片(Au/PCN-S)进行孔径分布测试,结果如图2所示。图2为本发明实施例1中制得的磷杂化石墨相氮化碳粉体(PCN-B)、磷杂化石墨相氮化碳纳米片(PCN-S)和负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片(Au/PCN-S)的孔径分布图。由图2可知,本发明PCN-S和Au/PCN-S的孔径分布在3nm~4nm,主要分布在3.7nm。另外,比表面积分析结果为:PCN-B的比表面积为10.4m2/g,PCN-S的比表面积为102.5m2/g,Au/PCN-S的比表面积为90.2m2/g。结合图2以及比表面积分析结果可以看出,PCN-S和Au/PCN-S相对于PCN-B有很大的比表面积和明显的介孔结构,说明金纳米粒子能够均匀的分散在磷杂化石墨相氮化碳纳米片表面,从而使两种材料能够较好的复合为负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片。
对本发明实施例1中制得的磷杂化石墨相氮化碳粉体(PCN-B)、磷杂化石墨相氮化碳纳米片(PCN-S)和负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片(Au/PCN-S)进行X射线衍射分析,结果如图3所示。图3为本发明实施例1中制得的磷杂化石墨相氮化碳粉体(PCN-B)、磷杂化石墨相氮化碳纳米片(PCN-S)和负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片(Au/PCN-S)的XRD图,其中(a)为PCN-B,(b)为PCN-S,(c)为Au/PCN-S。由图3可知,PCN-B和PCN-S都表现出了石墨相氮化碳的(100)和(002)两个特征峰,而Au/PCN-S则包含了金纳米粒子和PCN-S两种物质的特征峰,表明该种复合材料的成功制备。
由图1-3中的结果可知,本发明负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片为规整有序内平面介孔结构,具有较大的比表面积,且金纳米粒子均匀分散在磷杂化石墨相氮化碳纳米片表面。
上述本实施例中的负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片作为功能型纳米材料可用于检测环境污染物,其中环境污染物为抗生素,具体为土霉素。
上述本实施例中的负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片作为功能型纳米材料可用于降解环境污染物,其中环境污染物为抗生素,具体为土霉素。
实施例2
一种负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片作为功能型纳米材料在检测环境污染物中的应用,具体为考察由负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片制得的光电化学适配体传感器在检测土霉素中的应用,包括以下步骤:
(1)将0.004g实施例1中制得的负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片(Au/PCN-S)加入到1mL全氟磺酸溶液中,振荡均匀,得到负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片悬浮液。
(2)将步骤(1)中得到的负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片悬浮液均匀涂覆到处理干净的二氧化锡(FTO)导电玻璃电极的反应端表面,形成由负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片组成的复合膜,干燥后,得到负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片修饰的二氧化锡导电玻璃电极。
(3)将浓度为2μM的土霉素特异性适配体探针(该适配体探针的核苷酸序列为5'-(SH)-(CH2)6-GGAATTCGCTAGCACGTTGACGCTGGTGCCCGGTTGTGGTGCGAGTGTTGTGTGGATCCGAGCTCCACGTG-3')溶液滴加到步骤(2)中得到的负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片修饰的二氧化锡导电玻璃电极的反应端表面,置于4℃环境下孵育12h,用超纯水清洗二氧化锡导电玻璃电极表面,加入到浓度为1mM的6-巯基乙醇溶液中保持30min,用超纯水清洗,得到反应端表面修饰有适配体和负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片的二氧化锡导电玻璃电极。
(4)以步骤(3)中得到的反应端表面修饰有适配体和负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片的二氧化锡导电玻璃电极为工作电极,建立三电极系统,完成对光电化学适配体传感器的制备。
(5)将土霉素溶液滴加到光电化学适配体传感器的二氧化锡导电玻璃电极反应端表面上60℃条件下培育1h,使光电化学适配体传感器上的适配体探针对土霉素进行特异性识别和捕获。
(6)以步骤(5)中捕获土霉素的二氧化锡导电玻璃电极作为工作电极,饱和甘汞电极作为参比电极,铂电极作为对电极,建立三电极系统。将三电极系统与电化学工作站连接,采用计时电流法在间歇光照下进行测试。
(7)根据土霉素浓度与光电流变化关系构建检测线性回归方程,并根据检测线性回归方程计算待测溶液中土霉素的浓度。
图4为本发明实施例2中光电化学适配体传感器检测不同浓度土霉素溶液时对应的光电流响应图。图4中,a、b、c、d、e、f、g、h、i分别对应土霉素溶液的浓度为0、0.5nM、25nM、50nM、80nM、100nM、120nM、150nM和200nM。由图4可知,光电流随着土霉素浓度的增加而减小。
图5为本发明实施例2中不同浓度土霉素与光电流变化关系的检测线性回归图。由图5可知,土霉素浓度与光电流变化关系的检测线性回归方程为:
ΔPI=2.787c(OTC)+6.336 (1)
式(1)中,ΔPI表示峰电流与背景峰电流的差值,单位为nA;c(OTC)为待测溶液中土霉素浓度,土霉素浓度的单位为nM;式(1)的相关系数R2=0.999,土霉素检测线性范围为0.5nM~200nM,检测下限为0.34nM。
由此可见,由实施例1的负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片制得的光电化学适配体传感器可以用来检测土霉素,并可根据检测线性回归方程计算待测土霉素的浓度。
实施例3
考察负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片为功能型纳米材料用于检测环境污染物时的检测精确度,具体为考察由负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片制得的光电化学适配体传感器的检测精确度
为了进一步验证实施例2中光电化学适配体传感器在实际应用中的检测效果,将该光电化学适配体传感器用于实际样品中的目标检测(测定方法参照实施例2),进行回收率实验。
(1)采用实施例2中光电化学适配体传感器分别检测湘江水中土霉素的浓度,具体步骤为:将湘江水经过滤等预处理后,取上清液用磷酸盐缓冲溶液调节pH至7.0。样品(含有土霉素)中目标物质的浓度参照表1,最后将实施例2的光电化学适配体传感器按照实施例2的方法检测待测溶液中的土霉素,并将结果与传统HPLC方法检测结果进行对比,测定结果列于表1中。
表1待测溶液的回收率验证结果
从表1中可以看出,本发明的光电化学适配体传感器在可测定的浓度范围内,回收率基本在97.28%~101.33%之间,测定结果理想,相比传统的检测技术,采用本发明光电化学适配体传感器的检测方法操作简单快速。
由表1可知,由实施例1的负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片制得的光电化学适配体传感器可用于检测水体中的土霉素,能够获得较好的检测精度。
实施例4
考察负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片作为功能型纳米材料用于检测环境污染物时的稳定性,具体为考察由负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片制得的光电化学适配体传感器的稳定性。
为了验证本发明光电化学适配体传感器的稳定性,现将实施例2中制备的光电化学适配体传感器置于4℃冰箱中2个星期,取出光电化学适配体传感器按照实施例2中的方法对土霉素溶液(该溶液中土霉素的浓度均为100nM)进行测试,测试结果如图6所示。图6为本发明实施例4中光电化学适配体传感器的稳定性对比图。由图6可知,本发明光电化学适配体传感器在4℃冰箱中保存2个星期后仍对土霉素有较好的响应,对比于最初检测土霉素的光电流响应值仍有98.6%,说明本发明光电化学适配体传感器稳定性好、使用寿命长。
上述检测结果表明,由本发明负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片制得的光电化学适配体传感器具有稳定性好、使用寿命长、检测范围宽、检测极限低、抗干扰能力强等优点。
以上实施例仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片,其特征在于,所述负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片是以磷杂化石墨相氮化碳纳米片为载体,所述磷杂化石墨相氮化碳纳米片表面负载有金纳米粒子。
2.根据权利要求1所述的负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片,其特征在于,所述负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片中磷杂化石墨相氮化碳纳米片与金纳米粒子的质量比为1∶0.01~0.2。
3.一种如权利要求1或2所述的负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、将磷杂化石墨相氮化碳纳米片分散于甲醇/水混合溶液中,得到磷杂化石墨相氮化碳纳米片分散液;
S2、将磷杂化石墨相氮化碳纳米片分散液与氯金酸溶液混合,搅拌,光催化还原反应,得到负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片。
4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述磷杂化石墨相氮化碳纳米片是将磷杂化石墨相氮化碳粉体升温至400℃~520℃热处理2h~4h制得。
5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述磷杂化石墨相氮化碳粉体的制备方法包括以下步骤:
(1)将三聚氰胺和2-氨乙基磷酸溶解到水中,得到混合溶液;
(2)将步骤(1)得到的混合溶液进行加热,将水蒸发,得到混合晶体;
(3)将步骤(2)得到的混合晶体升温至400℃~520℃焙烧2h~4h,继续升温至520℃~550℃焙烧3h~5h,得到磷杂化石墨相氮化碳粉体。
6.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中,所述三聚氰胺和2-氨乙基磷酸的质量比为40~80∶1;所述三聚氰胺与水的质量体积比为1g~2g∶60mL~100mL。
7.根据权利要求3~6中任一项所述的制备方法,其特征在于,所述步骤S1中,所述磷杂化石墨相氮化碳纳米片与甲醇/水混合溶液的质量体积比为2mg~3mg∶1mL;所述甲醇/水混合溶液由甲醇和超纯水混合制得;所述甲醇和超纯水的体积比为0.5~1.5∶5;
所述步骤S2中,所述氯金酸溶液由氯金酸和超纯水混合制得;所述氯金酸和超纯水的质量体积比为1g∶60mL~120mL;所述氯金酸溶液与磷杂化石墨相氮化碳纳米片分散液的体积比为0.0025~0.05∶1;所述搅拌的时间为0.5h~1.5h;所述光催化还原反应的时间为0.5h~1.5h。
8.一种如权利要求1或2所述的负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片或权利要求3~7中任一项所述的制备方法制得的负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片作为功能型纳米材料在检测环境污染物中的应用。
9.一种如权利要求1或2所述的负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片或权利要求3~7中任一项所述的制备方法制得的负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片作为功能型纳米材料在降解环境污染物中的应用。
10.根据权利要求8或9所述的应用,其特征在于,所述环境污染物为抗生素;所述抗生素为土霉素。
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