CN114471573A - 双金属氧化物的非酶葡萄糖传感器催化剂及其制备方法 - Google Patents

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杨慧娟
王春冉
李喜飞
严成
易小宇
肖玮
张改妮
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Abstract

本发明公开了双金属氧化物的非酶葡萄糖传感器催化剂，通过同时添加Cu源和Ni源，形成双金属氧化物结构，其展现出的葡萄糖氧化性能比单金属氧化物更优异；本发明还公开了双金属氧化物非酶传感器催化剂的制备方法，将乙酸铜、四水合醋酸镍、超纯水依次加入圆底烧瓶中，利用磁子搅拌均匀，滴加氢氧化钠溶液调节pH；将调节pH后的溶液整体移入反应釜中反应，得到沉淀溶液，经离心处理后将所得的沉淀放在马弗炉中热处理，既得本发明催化剂。

Description

双金属氧化物的非酶葡萄糖传感器催化剂及其制备方法
技术领域
本发明属于传感器催化剂领域，具体涉及双金属氧化物的非酶葡萄糖传感器催化剂。
本发明还涉及双金属氧化物的非酶葡萄糖传感器催化剂的制备方法。
背景技术
血糖监测可以更好的掌控糖尿病患者的病情变化，用可靠的方法检测血清中葡萄糖含量对于临床医学来说是非常重要的。尽管电化学酶葡萄糖传感器具有高的灵敏性和好的选择性，但是这些传感器往往需要价格昂贵的酶，同时酶固定困难且不稳定，因此开发无酶葡萄糖传感器具有重要的应用前景。随着纳米技术的发展，越来越多的金属及其化合物纳米材料应用于无酶葡萄糖传感器的研究。研究发现，过渡金属离子可以交换制备出双金属氧化物，双金属氧化物由于金属离子间的协同作用利于电子传递，因而相比于单组分金属氧化物来说表现出更优越的导电性和更高的电化学活性。因此，本发明提供了一种不同比例的CuNi双金属氧化物的非酶葡萄糖传感器催化剂的制备方法。
发明内容
本发明的目的是提供双金属氧化物的非酶葡萄糖传感器催化剂，其催化效果高于单组分金属氧化物。
本发明的另一个目的是提供双金属氧化物的非酶葡萄糖传感器催化剂的制备方法。
本发明所采用的第一个技术方案是，双金属氧化物的非酶葡萄糖传感器催化剂，包括一水合乙酸铜、四水合醋酸镍，一水合乙酸铜与四水合醋酸镍质量比为1～2:1～2。
本发明所采用的第二个技术方案是，双金属氧化物的非酶葡萄糖传感器催化剂的制备方法，具体按以下步骤实施：
步骤1，将一水合乙酸铜、四水合醋酸镍和超纯水按质量比为2:1:20的比例混合，加入超纯水并在室温下搅拌；
步骤2，将氢氧化钠溶于超纯水制备得到溶液，并加入步骤1所得的溶液搅拌；
步骤3，将经步骤2混合搅拌的溶液倒入反应釜内；
步骤4，将经步骤3反应后的溶液进行离心处理；
步骤5，将离心后得到的沉淀物质在马弗炉进行退火处理，得到催化剂。
本发明的第二个技术方案的特点还在于：
其中步骤2中氢氧化钠与超纯水的质量比为2:5，并加入步骤1所得的溶液搅拌10～15min，调节pH至8～9；
其中步骤3中反应釜的反应温度为175～185℃，保温时间为11～12h；
其中步骤5中退火温度为390～400℃，保温时间为2～3h，升温速度为2～4℃/min。
本发明的有益效果是：
本发明采用简单的一锅热方法，通过调节Cu2+源和Ni2+源的不同比例，形成CuNi双金属氧化物异质结构，所得催化剂展现出优异的葡萄糖氧化性能。作为一种非贵金属催化剂的设计方案，具有实验方法简单易行、催化剂灵敏度高等特点，是一种可行的葡萄糖传感器催化剂的合成方案，为非酶葡萄糖传感器催化剂的发展提供了新方向，具有深远的意义。
附图说明
图1为本发明双金属氧化物的非酶葡萄糖传感器催化剂的制备方法中实施例1的葡萄糖氧化性能；
图2为本发明双金属氧化物的非酶葡萄糖传感器催化剂的制备方法中实施例2的葡萄糖氧化性能；
图3为本发明双金属氧化物的非酶葡萄糖传感器催化剂的制备方法中实施例3的葡萄糖氧化性能。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供了双金属氧化物的非酶葡萄糖传感器催化剂，包括一水合乙酸铜、四水合醋酸镍，一水合乙酸铜与四水合醋酸镍质量比为1～2:1～2。
本发明还提供了双金属氧化物的非酶葡萄糖传感器催化剂的制备方法，按照以下步骤具体实施：
将一水合乙酸铜、四水合醋酸镍、超纯水依次加入圆底烧瓶中，利用磁子搅拌均匀，滴加0.4M的氢氧化钠溶液调节pH至9；
将调节后的溶液整体移入反应釜中，在180℃反应12h，得到沉淀溶液，经离心处理后将所得的沉淀放在马弗炉中400℃反应2h，既得本发明催化剂。
实施例1
将质量比为2:1的C4H6CuO4·H2O和Ni(CH3COO)2·4H2O加入到20mL超纯水，在室温下磁力搅拌10min至完全溶解得到溶液A；随后将320mgNaOH溶于20mL超纯水中制备得到溶液B。将溶液B添加到溶液A中磁力搅拌10min得到溶液C，再将溶液C移入高压反应釜中并设置反应程序为180℃反应12h，反应后的溶液经离心处理得到沉淀；随后将得到的沉淀在马弗炉中进行退火处理，反应程序为400℃保温2h，升温速度为4℃/min，即可得到Cu:Ni＝2:1的样品。
实施例2
将399mg C4H6CuO4·H2O，加入到20mL超纯水，在室温下磁力搅拌10min至完全溶解得到溶液A；随后将160mg NaOH溶于20mL超纯水中制备得到溶液B。将溶液B添加到溶液A中磁力搅拌10min得到溶液C，再将溶液C移入高压反应釜中并设置反应程序为180℃反应12h，反应后的溶液经离心处理得到沉淀。随后将得到的沉淀在马弗炉中进行退火处理，反应程序为400℃保温2h，升温速度为4℃/min，即可得到本发明催化剂。
实施例3
将497.8mg Ni(CH3COO)2·4H2O，加入到20mL超纯水，在室温下磁力搅拌10min至完全溶解得到溶液A；随后将160mg NaOH溶于20mL超纯水中制备得到溶液B。将溶液B添加到溶液A中磁力搅拌10min得到溶液C，再将溶液C移入高压反应釜中并设置反应程序为180℃反应12h，反应后的溶液经离心处理得到沉淀。随后将得到的沉淀在马弗炉中进行退火处理，反应程序为400℃保温2h，升温速度为4℃/min，即可得到本发明催化剂。
本发明提供了一种不同比例的CuNi双金属氧化物非酶葡萄糖传感器催化剂的制备方法，非酶催化剂由于没有酶的参与，直接利用催化剂修饰的电极材料与葡萄糖发生电催化氧化反应，通过电化学方法检测电信号得到葡萄糖浓度。
如图1、图2、图3分别对应双金属氧化物的非酶葡萄糖传感器催化剂的制备方法中实施例1、实施例2、实施例3的葡萄糖氧化性能。从三个图中可以看出加入葡萄糖后电流变大，说明葡萄糖被氧化，即本发明能够检验出葡萄糖。与图2、图3相比，图1中添加了两种金属的催化剂比两种单金属的葡萄糖氧化的性能较好。本发明的优势在于，与现有的单金属催化剂不同，本发明引入双金属离子，采用简单的一锅热方法，通过同时添加Cu2+源和Ni2+源，形成CuNi双金属氧化物结构，所得催化剂展现出优异的葡萄糖氧化性能。
本发明作为一种非贵双金属催化剂的设计方案，与传统催化剂相比，其原料成本低廉，合成工艺易行，调控方法简单，是一种可行的葡萄糖传感器非酶催化剂的合成方案。本发明所得双金属氧化物催化剂，其对葡萄糖的响应强烈，灵敏度高，且对于环境的选择性低，温度、pH和湿度等环境因素对其催化活性的影响较小，可有效成为葡萄糖传感器的非酶催化剂。因此本发明制备的CuNi双金属氧化物非酶葡萄糖传感器催化剂，丰富了该类催化剂的发展方向，对其发展具有深远的意义。

Claims (6)

1.双金属氧化物的非酶葡萄糖传感器催化剂，其特征在于，包括一水合乙酸铜、四水合醋酸镍，一水合乙酸铜与四水合醋酸镍质量比为1～2:1～2。
2.双金属氧化物的非酶葡萄糖传感器催化剂的制备方法，其特征在于，具体按以下步骤实施：
步骤1，将一水合乙酸铜和四水合醋酸镍按质量比为2:1的比例混合，加入超纯水并在室温下搅拌；
步骤2，将氢氧化钠溶于超纯水制备得到溶液，并加入步骤1所得的溶液搅拌；
步骤3，将经步骤2混合搅拌的溶液倒入反应釜内；
步骤4，将经步骤3反应后的溶液进行离心处理；
步骤5，将离心后得到的沉淀物质在马弗炉进行退火处理，得到催化剂。
3.根据权利要求2所述的双金属氧化物的非酶葡萄糖传感器催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1中加入与一水合乙酸铜、四水合醋酸镍质量比为1～2:1～2:20的超纯水并在室温下搅拌10～15min至完全溶解。
4.根据权利要求2所述的双金属氧化物的非酶葡萄糖传感器催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2中氢氧化钠与超纯水的质量比为2:5，并加入步骤1所得的溶液搅拌10～15min，调节pH至8～9。
5.根据权利要求2所述的双金属氧化物的非酶葡萄糖传感器催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤3中反应釜的反应温度为175～185℃，保温时间为11～12h。
6.根据权利要求2所述的双金属氧化物的非酶葡萄糖传感器催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤5中退火温度为390～400℃，保温时间为2～3h，升温速度为2～4℃/min。
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