CN109292733B - 柔性纸基铂纳米粒子-多枝二氧化钛纳米管复合物的制备 - Google Patents

柔性纸基铂纳米粒子-多枝二氧化钛纳米管复合物的制备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种柔性纸基铂纳米粒子‑多枝二氧化钛纳米管复合物的制备方法，包括以下步骤：以色谱纸作为基底‑制备铂纳米粒子修饰的纸片‑制备氧化锌纳米棒和铂纳米粒子共同修饰的纸片‑制备多枝氧化锌和铂纳米粒子共同修饰的纸片‑制备柔性纸基铂纳米粒子‑多枝二氧化钛纳米管复合物。本发明的特点在于选用纸作为铂纳米粒子‑多枝二氧化钛纳米管复合物的基底，能够极大的提高复合物的负载量，增强柔性二氧化钛传感器光电转换效率，为多功能柔性二氧化钛生物传感平台的制备奠定良好的基础。

Description

柔性纸基铂纳米粒子-多枝二氧化钛纳米管复合物的制备
技术领域
本发明涉及一种柔性纸基铂纳米粒子-多枝二氧化钛纳米管复合物的制备方法，属于无机半导体纳米材料的制备领域。
背景技术
二氧化钛是一种常见的半导体材料，包含锐钛矿、金红石和板钛矿三种晶型结构。因其具有高的耐光腐蚀性、化学稳定性、无毒性以及价格低廉的特点，在多种光电子器件以及光电生物传感领域广泛使用。
一维二氧化钛纳米材料，包括二氧化钛纳米棒以及二氧化钛纳米管，相比于二氧化钛纳米颗粒以及块体二氧化钛展现出更快的光电子转移速率以及更高的电荷分离效率，因而成为当下科研工作者热点研究材料，特别是在生物传感领域，常作为生物传感基底用以负载其它类型的生物分子。然而，目前基于二氧化钛纳米材料的生物传感基底多数是采用硬模板法来制备，所制备的传感平台不具备柔性，因此限制了二氧化钛纳米传感平台在柔性电子器件中的使用。
纸，作为古代科学技术的四大发明之一，常用来记载传播文化信息、印刷书报以及包装等。纸的内部是由众多的、纵横交错的植物纤维组成，且其表面富含丰富的羟基基团，因此，纸在兼具柔性特点的同时，又展现出与众不同的三维活性比表面积。因此，以纸芯片作为基底，采用温和高效的原位生长技术在纸纤维表面生长铂纳米粒子-多枝二氧化钛纳米管复合物，不仅能够极大地提高二氧化钛的固载量，增加纸芯片的导电性，同时管状结构的多枝二氧化钛能够加快与周围环境间的电子或空穴的传递速率，此外，所制备的纸基多枝二氧化钛纳米管具有丰富的三维活性空间，巨大的采光面积以及非常好的柔性，极大地提高了二氧化钛纳米材料的光电转换效率，为多功能柔性二氧化钛生物传感平台的制备奠定良好的基础。
发明内容
本发明要解决的技术问题是制作一种柔性纸基铂纳米粒子-多枝二氧化钛纳米管复合物，以实现高效柔性二氧化钛纳米传感平台的构建。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下措施来实现的：一种柔性纸基铂纳米粒子-多枝二氧化钛纳米管复合物的制备方法，其特征是包括以下步骤：
(1) 选用色谱纸作为纸基底，利用切纸刀将色谱纸裁剪为A4大小；
(2) 在计算机上利用AI CS4软件设计纸基底的疏水蜡打印图案，样式如附图1所示；
(3) 利用蜡打印机将步骤（2）中设计的疏水蜡打印图案打印到A4纸上，随后将A4纸取出，放置到烘箱中，于130 ºC下加热2 min，使蜡融化并浸透整个纸的厚度，形成疏水墙，也就是A4纸上类似长方形的黑色区域，没有打印蜡的部分为亲水区，也就是A4纸上类似灯泡形状的白色区域；
(4) 利用切纸刀将步骤（3）所得的A4纸裁剪为多个独立的纸片，每个独立的纸片由一个类似长方形的黑色疏水区和一个类似灯泡形状的白色亲水区组成；
(5) 制备柔性纸基铂纳米粒子：
所述柔性纸基铂纳米粒子的制备，包括以下步骤：首先合成铂纳米粒子的种子：向烧杯中加入4.3 mL的浓度为20 mM的H2PtCl6, 86 mg的聚乙烯吡咯烷酮以及24.7 mL的超纯水，在磁力搅拌器上将溶液混合均匀，随后向烧杯中逐滴滴加1 mL的质量分数为1%的NaBH4溶液, 室温下反应20 h即可获得铂纳米粒子的种子；然后制备柔性纸基铂纳米粒子：移取20.0 μL的铂纳米粒子的种子，滴加到步骤（4）所得纸片的亲水区域，将纸片室温下干燥40min，而后将滴加铂纳米粒子的种子以及纸片室温下干燥40 min的步骤重复三次后，将纸片放入含有2 mL的H2PtCl6, 2.5 mL的抗坏血酸以及12.5 mL的超纯水的烧杯中，将烧杯放于烘箱中95 ºC下反应30 min，将纸片取出，用二次水冲洗纸片表面，将纸片室温下干燥24 h即可获得柔性纸基铂纳米粒子；
(6) 制备柔性纸基铂纳米粒子-多枝二氧化钛纳米管复合物：
所述柔性纸基铂纳米粒子-多枝二氧化钛纳米管复合物的制备，包括以下步骤：以步骤（5）所得纸片为基底，电沉积氧化锌纳米棒：将柔性纸基铂纳米粒子放入50 mL的浓度为20 mM的硝酸锌和浓度为20 mM的六次甲基四胺混合液中，在-0.8 V电位下，电沉积氧化锌纳米棒，85 ºC下沉积7000 s，而后将纸片取出，用去离子水冲洗纸片表面，即可获得氧化锌纳米棒和铂纳米粒子共同修饰的纸片；以氧化锌纳米棒和铂纳米粒子共同修饰的纸片为基底，制备多枝氧化锌和铂纳米粒子共同修饰的纸片：移取20.0 μL乙酸锌的醇溶液滴加到氧化锌纳米棒和铂纳米粒子共同修饰的纸片上，而后将纸片于烘箱中95 ºC下加热5 min，将滴加乙酸锌的醇溶液和烘箱中干燥的步骤循环重复6次后，将纸片放入50 mL的浓度为25mM的硝酸锌和浓度为25 mM的六次甲基四胺混合液中，于高压釜中95 ºC下反应3.5 h，随后将纸片取出，用二次水清洗纸片表面，将纸片室温下干燥2 h，即可获得多枝氧化锌和铂纳米粒子共同修饰的纸片；以多枝氧化锌和铂纳米粒子共同修饰的纸片为模板，制备柔性纸基铂纳米粒子-多枝二氧化钛纳米管复合物：将多枝氧化锌和铂纳米粒子共同修饰的纸片放入50.0 mL的浓度为0.075 M的氟钛酸胺及浓度为0.2 M的硼酸混合液中，在磁力搅拌下，室温下反应3 h，将纸片取出，用二次水冲洗纸片表面，即可获得柔性纸基铂纳米粒子-多枝二氧化钛纳米管复合物。
本发明的有益效果：
（1）该制备方法简单高效。
（2）选用纸基材作为铂纳米粒子-多枝二氧化钛纳米管复合物的生长基底，具有丰富的比表面积和三维活性空间，同时所制备的纸基铂纳米粒子-多枝二氧化钛纳米管复合物具备非常好的柔性。
（3）所制备的柔性纸基铂纳米粒子-多枝二氧化钛纳米管复合物具有非常大的有效采光面积，极大地提高了二氧化钛的光电转换效率。
附图说明
图1：疏水蜡打印图案。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面通过实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
一种简单高效的柔性纸基铂纳米粒子-多枝二氧化钛纳米管复合物的制备，具体制备工艺如下：
（1）选用色谱纸作为纸基底，利用切纸刀将色谱纸裁剪为A4大小；
（2）在计算机上利用AI CS4软件设计纸基底的疏水蜡打印图案；
（3）利用蜡打印机将步骤（2）中设计的疏水蜡打印图案打印到A4纸上，随后将A4纸取出，放置到烘箱中，于130 ºC下加热2 min，使蜡融化并浸透整个纸的厚度，形成疏水墙，也就是A4纸上类似长方形的黑色区域，没有打印蜡的部分为亲水区，也就是A4纸上类似灯泡形状的白色区域；
（4）利用切纸刀将步骤（3）所得的A4纸裁剪为多个独立的纸片，每个独立的纸片由一个类似长方形的黑色疏水区和一个类似灯泡形状的白色亲水区组成；
（5）制备柔性纸基铂纳米粒子：
所述柔性纸基铂纳米粒子的制备，包括以下步骤：首先合成铂纳米粒子的种子：向烧杯中加入4.3 mL的浓度为20 mM的H2PtCl6, 86 mg的聚乙烯吡咯烷酮以及24.7 mL的超纯水，在磁力搅拌器上将溶液混合均匀，随后向烧杯中逐滴滴加1 mL的质量分数为1%的NaBH4溶液, 室温下反应20 h即可获得铂纳米粒子的种子；然后制备柔性纸基铂纳米粒子：移取20.0 μL的铂纳米粒子的种子，滴加到步骤（4）所得纸片的亲水区域，将纸片室温下干燥40min，而后将滴加铂纳米粒子的种子以及纸片室温下干燥40 min的步骤重复三次后，将纸片放入含有2 mL的H2PtCl6, 2.5 mL的抗坏血酸以及12.5 mL的超纯水的烧杯中，将烧杯放于烘箱中95 ºC下反应30 min，将纸片取出，用二次水冲洗纸片表面，将纸片室温下干燥24 h即可获得柔性纸基铂纳米粒子；
（6）制备柔性纸基铂纳米粒子-多枝二氧化钛纳米管复合物：
所述柔性纸基铂纳米粒子-多枝二氧化钛纳米管复合物的制备，包括以下步骤：以步骤（5）所得纸片为基底，电沉积氧化锌纳米棒：将柔性纸基铂纳米粒子放入50 mL的浓度为20 mM的硝酸锌和浓度为20 mM的六次甲基四胺混合液中，在-0.8 V电位下，电沉积氧化锌纳米棒，85 ºC下沉积7000 s，而后将纸片取出，用去离子水冲洗纸片表面，即可获得氧化锌纳米棒和铂纳米粒子共同修饰的纸片；以氧化锌纳米棒和铂纳米粒子共同修饰的纸片为基底，制备多枝氧化锌和铂纳米粒子共同修饰的纸片：移取20.0 μL乙酸锌的醇溶液滴加到氧化锌纳米棒和铂纳米粒子共同修饰的纸片上，而后将纸片于烘箱中95 ºC下加热5 min，将滴加乙酸锌的醇溶液和烘箱中干燥的步骤循环重复6次后，将纸片放入50 mL的浓度为25mM的硝酸锌和浓度为25 mM的六次甲基四胺混合液中，于高压釜中95 ºC下反应3.5 h，随后将纸片取出，用二次水清洗纸片表面，将纸片室温下干燥2 h，即可获得多枝氧化锌和铂纳米粒子共同修饰的纸片；以多枝氧化锌和铂纳米粒子共同修饰的纸片为模板，制备柔性纸基铂纳米粒子-多枝二氧化钛纳米管复合物：将多枝氧化锌和铂纳米粒子共同修饰的纸片放入50.0 mL的浓度为0.075 M的氟钛酸胺及浓度为0.2 M的硼酸混合液中，在磁力搅拌下，室温下反应3 h，将纸片取出，用二次水冲洗纸片表面，即可获得柔性纸基铂纳米粒子-多枝二氧化钛纳米管复合物。

Claims (1)

1.一种柔性纸基铂纳米粒子-多枝二氧化钛纳米管复合物的制备方法，其特征在于该方法的制备步骤如下：
（1）选用色谱纸作为纸基底，利用切纸刀将色谱纸裁剪为A4大小；
（2）在计算机上利用AI CS4软件设计纸基底的疏水蜡打印图案；
（3）利用蜡打印机将步骤（2）中设计的疏水蜡打印图案打印到A4纸上，随后将A4纸取出，放置到烘箱中，于130 ºC下加热2 min，使蜡融化并浸透整个纸的厚度，形成疏水墙，没有打印蜡的部分为亲水区；
（4）利用切纸刀将步骤（3）所得的A4纸裁剪为多个独立的纸片，每个独立的纸片由一个疏水区和一个亲水区组成；
（5）制备柔性纸基铂纳米粒子：
所述柔性纸基铂纳米粒子的制备，包括以下步骤：首先合成铂纳米粒子的种子：向烧杯中加入4.3 mL的浓度为20 mM的H2PtCl6, 86 mg的聚乙烯吡咯烷酮以及24.7 mL的超纯水，在磁力搅拌器上将溶液混合均匀，随后向烧杯中逐滴滴加1 mL的质量分数为1%的NaBH4溶液, 室温下反应20 h即可获得铂纳米粒子的种子；然后制备柔性纸基铂纳米粒子：移取20.0 μL的铂纳米粒子的种子，滴加到步骤（4）所得纸片的亲水区域，将纸片室温下干燥40min，而后将滴加铂纳米粒子的种子以及纸片室温下干燥40 min的步骤重复三次后，将纸片放入含有2 mL的H2PtCl6, 2.5 mL的抗坏血酸以及12.5 mL的超纯水的烧杯中，将烧杯放于烘箱中95 ºC下反应30 min，将纸片取出，用二次水冲洗纸片表面，将纸片室温下干燥24 h即可获得柔性纸基铂纳米粒子；
（6）制备柔性纸基铂纳米粒子-多枝二氧化钛纳米管复合物：
所述柔性纸基铂纳米粒子-多枝二氧化钛纳米管复合物的制备，包括以下步骤：以步骤（5）所得纸片为基底，电沉积氧化锌纳米棒：将柔性纸基铂纳米粒子放入50 mL的浓度为20mM的硝酸锌和浓度为20 mM的六次甲基四胺混合液中，在-0.8 V电位下，电沉积氧化锌纳米棒，85 ºC下沉积7000 s，而后将纸片取出，用去离子水冲洗纸片表面，即可获得氧化锌纳米棒和铂纳米粒子共同修饰的纸片；以氧化锌纳米棒和铂纳米粒子共同修饰的纸片为基底，制备多枝氧化锌和铂纳米粒子共同修饰的纸片：移取20.0 μL乙酸锌的醇溶液滴加到氧化锌纳米棒和铂纳米粒子共同修饰的纸片上，而后将纸片于烘箱中95 ºC下加热5 min，将滴加乙酸锌的醇溶液和烘箱中干燥的步骤循环重复6次后，将纸片放入50 mL的浓度为25 mM的硝酸锌和浓度为25 mM的六次甲基四胺混合液中，于高压釜中95 ºC下反应3.5 h，随后将纸片取出，用二次水清洗纸片表面，将纸片室温下干燥2 h，即可获得多枝氧化锌和铂纳米粒子共同修饰的纸片；以多枝氧化锌和铂纳米粒子共同修饰的纸片为模板，制备柔性纸基铂纳米粒子-多枝二氧化钛纳米管复合物：将多枝氧化锌和铂纳米粒子共同修饰的纸片放入50.0 mL的浓度为0.075 M的氟钛酸胺及浓度为0.2 M的硼酸混合液中，在磁力搅拌下，室温下反应3 h，将纸片取出，用二次水冲洗纸片表面，即可获得柔性纸基铂纳米粒子-多枝二氧化钛纳米管复合物。
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