[發明專利]一種過氧化氫傳感器及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 201710183573.6
• 申請日: 2017-03-24
• 公開（公告）號: CN107064252A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 余林;靳福婭;藍邦;程高;鄭小穎
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: G01N27/30
• 分類號: G01N27/30
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所44329
• 代理人: 楊曉松

技術領域

本發明屬于電化學傳感器領域，更具體地，涉及一種過氧化氫傳感器及其制備方法與應用。

背景技術

過氧化氫是一種簡便易得的化合物，在醫藥診療、環境采礦、紡織食品工業、生物技術等領域有著重要應用。除了眾所周知的毒性效應，H₂O₂在生物體中作為一種信號分子，在多種生物調節過程如免疫細胞激活、血管重塑、細胞死亡、氣孔閉合和根系生長中具有重要的作用。目前的檢測方法有分光光度法、滴定分析法、電化學法等，其中電化學法是基于待測物質的電化學性質將待測物化學量轉變成電學量進行傳感的一種檢測技術。具體而言，即通過檢測電流、電阻或電位等電信號手段來測定體系中目標物質含量，因其簡單便捷、快速高效、穩定準確的特點多被用于研究中。但大多的電化學傳感器是基于酶的生物傳感器，而酶的穩定性差、對溫度濕度pH等外在條件要求嚴苛，且酶固手段繁雜，使得其在應用中往往受限。因此，無酶H₂O₂傳感器成為電化學傳感器研究的重要方向。貴金屬例如金、銀、鈀、由于其優越的電催化活性常被用于H₂O₂的無酶傳感中。但貴金屬昂貴且來源稀缺，并不能大量應用于實際生活中，這促進了過渡金屬氧化物對H₂O₂傳感性能的研究。

二氧化錳作為重要的過渡金屬氧化物，由于其特殊的物理化學性質，不僅價格低廉、綠色環保，還具有極高的電催化活性。二氧化錳復合材料在H₂O₂電化學傳感器中的應用備受關注。已有研究表明，形貌和結構是納米材料決定電催化活性的重要參數。目前多采用錳氧化物與碳納米管復合材料構建過氧化氫傳感器，由水熱法制備的二氧化錳/石墨烯納米復合材料，在中性環境中對H₂O₂傳感表現出良好的重復性、選擇性、穩定性和催化活性。然而，同樣礙于碳材料的昂貴成本，因此，對二氧化錳納米材料的過氧化氫電化學傳感研究也顯得尤為迫切。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足和缺點，提供一種過氧化氫傳感器的制備方法。該方法具有無污染無毒性，條件溫和，操作簡單，靈敏度高、穩定性好等優點。

本發明的另一個目的在于提供一種上述方法制備的過氧化氫傳感器。該過氧化氫傳感器無污染無毒性，條件溫和，操作簡單，避免了傳統昂貴的貴金屬、碳復合材料負載，以及弱催化活性的二氧化錳納米線負載，海膽狀二氧化錳負載的過氧化氫傳感器能夠穩定、高效地進行低濃度的過氧化氫檢測，可重復性好。

本發明的再一目的在于提供一種上述過氧化氫傳感器的應用。

本發明上述目的通過以下技術方案予以實現：

一種過氧化氫傳感器的制備方法，包括以下步驟：

S1.將過硫酸鉀、硫酸錳和硫酸鉀混合后加入去離子水，攪拌并滴加濃硫酸，置于140～160℃反應；

S2.將步驟S1所得產物靜置，吸去上層清液，加入去離子水或乙醇進行離心，分離后吸去上層清液；

S3.重復步驟S2中所述離心2～3次，將產物在60～80℃下烘干12～24h，得到海膽狀二氧化錳；

S4.將海膽狀二氧化錳加入乙醇、水和Nafion溶液中，超聲30～50min，得到二氧化錳漿液；

S5.將二氧化錳漿液涂于玻碳電極表面，自然烘干，得到工作電極；

S6.將工作電極、參比電極和對電極以三電極體系連接，放入電解液中，構成過氧化氫傳感器。

優選地，步驟S1中所述過硫酸鉀、硫酸錳和硫酸鉀的質量比為(1～2):(1～2):(3～4)；所述過硫酸鉀、硫酸錳和硫酸鉀的總質量與去離子水的質量體積比為(50～80):1mg/mL，所述去離子水與濃硫酸的體積比為(30～50):1。

優選地，步驟S1中所述攪拌的時間為30～50min，所述反應的時間為6～8h。

優選地，步驟S2中所述靜置的時間為20～30min，所述離心的速率為4000～6000r/min，所述離心的時間為5～10min。

優選地，步驟S4中所述海膽狀二氧化錳與乙醇和水的質量總體積比為(1～1.5):1mg/mL，所述乙醇、水和Nafion的體積比為(1～10):(1～10):(1～2)。

優選地，步驟S5中所述玻碳電極的直徑為1.5～2cm。

優選地，步驟S6中所述參比電極為Ag/AgCl電極，所述對電極為鉑片，所述電解液為PBS溶液，所述PBS溶液的pH＝7。