一種具有葡萄糖檢測性能的碳納米材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電化學領域，具體涉及一種具有良好葡萄糖檢測性能的碳納米材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]碳納米管(CNTs)是由游離態的碳原子或原子團經過SP2雜化，發生重新排布形成的有序、中空的圓柱型一維碳材料。CNTs具有很多優良性能，如長徑比高、導電性好、熱力學穩定性好、機械強度高，已經被廣泛應用在柔性電子器件、儲能、電催化、電子顯示材料等方面。CNTs因良好的生物相容性和化學穩定性、寬的可操作電位窗口、良好的電化學活性等性質被認為是作為傳感器的理想物質之一。盡管CNTs具有如此多良好的性能，但其所具有的惰性及外壁之間的范德華力作用，使其雖然可以在有機溶劑中均勻分散，但在水溶液中容易扭曲團聚，減少催化活性位點，限制了其在傳感器領域的應用。因此，如何獲得具有良好生物檢測性能的新型碳納米材料對于推動生物傳感領域的發展具有重要意義。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于提供一種具有良好葡萄糖檢測性能的碳納米材料及其制備方法，所得碳納米材料對葡萄糖氧化酶具有良好的相容性，與葡萄糖氧化酶復合后對葡萄糖的檢測可表現出高靈敏度、寬檢測限、良好的抗干擾等特點，對于第三代葡萄糖傳感器的制備及其他傳感器的發展具有重要意義。
[0004]本發明的目的是通過以下技術方案實現的:
一種具有良好葡萄糖檢測性能的新型碳納米材料是利用多壁碳納米管作為原材料，采用溶液氧化解開法制得的具有碳管-石墨烯異質結構的碳納米材料。
[0005]所述具有葡萄糖檢測性能的碳納米材料的制備方法，是將多壁碳納米管與濃硫酸混合均勻，加入磷酸，攪拌均勻后緩慢加入高錳酸鉀，50?100°C恒溫水浴下勻速攪拌2?3h后，于室溫下靜置，再加入含有過氧化氫的冰水，靜置分層，除去上清液，下層用質量濃度為10?30%的鹽酸抽濾，抽濾后的粗產品于去離子水中超聲溶解，然后加入鹽酸攪拌均勻，再用去離子水洗滌至中性，并用去離子水配制成碳管-石墨烯異質結構碳納米材料溶液。
[0006]所用多壁碳納米管與濃硫酸的重量體積比為1:0.1?0.5，所用濃硫酸與磷酸的體積比為5?9:1。
[0007]所述高錳酸鉀的用量為多壁碳納米管重量的3?5倍，控制加入時間為0.5?I小時。
[0008]所述含有過氧化氫的冰水中過氧化氫的質量濃度為I?5%。
[0009]所述超聲的功率為50?100瓦，超聲時間為I?10分鐘。
[0010]配制得到的碳管-石墨稀異質節異質結構碳納米材料的溶液的濃度為I?10 mg/
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[0011]本發明的有益效果在于:本發明利用一種簡單易行的化學氧化方法將多壁碳納米管解開，制備出一種具有良好葡萄糖檢測性能的碳納米材料，其對葡萄糖氧化酶具有良好的相容性，與葡萄糖氧化酶復合后對葡萄糖的檢測可表現出高靈敏度、寬檢測限、良好的抗干擾性質等特點，可用于制備新型葡萄糖傳感器，在其他傳感器及電化學領域上也具有廣泛的應用前景。
【附圖說明】
[0012]圖1是實施例3制得的碳管-石墨烯異質結構碳納米材料的透射電鏡圖。
[0013]圖2是實施例3制得的碳管-石墨烯異質結構碳納米材料與葡萄糖氧化酶復合的掃描電鏡圖。
[0014]圖3是實施例3制得的碳管-石墨烯異質結構碳納米材料與葡萄糖氧化酶復合修飾的玻碳電極在磷酸鹽緩沖溶液中的循環伏安測試圖。
[0015]圖4是實施例3制得的碳管-石墨烯異質結構碳納米材料與葡萄糖氧化酶復合修飾的玻碳電極檢測葡萄糖的差分脈沖測試圖。
[0016]圖5是實施例3制得的碳管-石墨烯異質結構碳納米材料與葡萄糖氧化酶復合修飾的玻碳電極抗干擾測試圖。
【具體實施方式】
[0017]為了使本發明所述的內容更加便于理解，下面結合【具體實施方式】對本發明所述的技術方案做進一步的說明，但是本發明不僅限于此。
[0018]實施例1
將150 mg的多壁碳納米管(CNTs)溶于15 mL濃硫酸中，適度攪拌I h至混合液均勾，然后加入3 mL質量濃度為85%的磷酸繼續攪拌15 min，控制在半個小時內緩慢加入600mg高錳酸鉀，室溫(25°C )攪拌I h后將混合液加熱到100°C，恒溫水浴下緩慢攪拌3 h以避免將氧化后的碳管切成碎片；攪拌結束后取出混合液并靜置至室溫，然后加入100 mL的冰水(其中加入5 mL質量濃度為20%的過氧化氫)靜置14 h后溶液分層；隨后，棄去上清液，下層用0.22 μ m的水相耐酸堿(PTFE)濾膜過濾，抽濾時，用6 mL質量濃度為20%的鹽酸洗兩次；此后，將濾渣溶于60 mL的水中，50瓦下超聲10分鐘并緩慢攪拌至其分散均勻，隨后在分散液中加入40 mL質量濃度為30%鹽酸，攪拌均勻后在相同PTFE濾膜上用去離子水過濾至濾液呈中性，取濾渣重新分散在水中，以低頻率超聲至其分散均勻為止，再配制成濃度為5 mg/mL的碳管-石墨稀異質結構碳納米材料溶液。
[0019]實施例2
將150 mg的多壁碳納米管(CNTs)溶于75 mL濃硫酸中，適度攪拌I h至混合液均勾，然后加入9.4 mL質量濃度為85%的磷酸繼續攪拌15 min，控制在一個小時內緩慢加入750mg高錳酸鉀，室溫(25°C )攪拌I h后將混合液加熱到50°C，恒溫水浴下緩慢攪拌2 h以避免將氧化后的碳管切成碎片；攪拌結束后取出混合液并靜置至室溫，然后加入100 mL的冰水(其中加入10 mL質量濃度為50%的過氧化氫)靜置14 h后溶液分層；隨后，棄去上清液，下層用0.22 μ m的水相耐酸堿(PTFE)濾膜過濾，抽濾時，用6 mL質量濃度為20%的鹽酸洗兩次；此后，將濾渣溶于60 mL的水中，100瓦下超聲2分鐘并緩慢攪拌至其分散均勻，隨后在分散液中加入40 mL質量濃度為30%鹽酸，攪拌均勻后在相同PTFE濾膜上用去離子水過濾至濾液呈中性，取濾渣