[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于硼/氮共摻雜的中空多孔碳球/石墨烯電化學(xué)傳感電極

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110380722.4
• 申請(qǐng)日: 2021-04-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115201298B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-09-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬慧媛;王穎;朱迪;王新銘;譚立超;龐海軍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 哈爾濱理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N27/327
• 分類(lèi)號(hào): G01N27/327
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

一種基于硼/氮共摻雜的中空多孔碳球/石墨烯電化學(xué)傳感電極。本發(fā)明屬于電化學(xué)傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于硼/氮共摻雜的中空多孔碳球/石墨烯的電化學(xué)傳感器的工作電極。本發(fā)明目的是為了解決目前用來(lái)檢測(cè)黃嘌呤和鳥(niǎo)嘌呤的無(wú)酶?jìng)鞲衅餮h(huán)穩(wěn)定性差、線性范圍窄以及檢測(cè)限高的問(wèn)題。產(chǎn)品：由GCE電極和GCE電極外包裹的一種基于硼/氮共摻雜的中空多孔碳球/石墨烯復(fù)合材料構(gòu)成；以此工作電極構(gòu)建的電化學(xué)傳感器可以同時(shí)或單獨(dú)檢測(cè)黃嘌呤和鳥(niǎo)嘌呤，并且呈現(xiàn)了優(yōu)越的檢測(cè)性能。黃嘌呤和鳥(niǎo)嘌呤的線性檢測(cè)范圍分別是9.15×10supgt;?8/supgt;M~1.03×10supgt;?4/supgt;M、8.22×10supgt;?8/supgt;M~1.28×10supgt;?4/supgt;M，檢測(cè)限分別為5.03×10supgt;?8/supgt;M和4.62×10supgt;?8/supgt;M。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電化學(xué)傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于硼/氮共摻雜的中空多孔碳球/石墨烯電化學(xué)傳感電極。

背景技術(shù)

黃嘌呤和鳥(niǎo)嘌呤是DNA重要的基本構(gòu)筑單元，在心血管系統(tǒng)、輔酶因子、神經(jīng)遞質(zhì)釋放等代謝機(jī)制中都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。在生物體液中，黃嘌呤和鳥(niǎo)嘌呤一般是由生物組織降解中的酶失效產(chǎn)生的，但從目前的報(bào)道來(lái)看，嘌呤的異常變化常與一些疾病密切相關(guān)，如癌變、紅斑狼瘡、囊性纖維化、癲癇、肝病等。因此，有必要構(gòu)筑一種高靈敏性的嘌呤檢測(cè)方法。目前為止，已有多種技術(shù)運(yùn)用到了定量嘌呤檢測(cè)，包括高效液相色譜法、毛細(xì)管電泳法、氣相色譜法和熒光法等。與上述測(cè)試技術(shù)相比，電化學(xué)傳感器/生物傳感器因其固有的優(yōu)點(diǎn)：低成本、高靈敏度、簡(jiǎn)單性、便攜性和可行性，而受到越來(lái)越多的關(guān)注。盡管如此，尋求一種新穎的電極材料在檢測(cè)黃嘌呤和鳥(niǎo)嘌呤的同時(shí)能提高電化學(xué)傳感器的可靠性、高效性、簡(jiǎn)潔性和選擇性，仍具有一定的挑戰(zhàn)性。

碳材料，尤其是多孔碳材料，包括碳納米管、石墨烯、碳織物、石墨碳和生物質(zhì)碳等，多孔碳材料是指具有不同孔結(jié)構(gòu)的碳材料，其孔徑可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的要求(如所吸附分子尺寸等)進(jìn)行調(diào)控，使其尺寸處于納米級(jí)微孔至微米級(jí)大孔之間。多孔碳材料不僅具有碳材料的化學(xué)穩(wěn)定高、導(dǎo)電性好、成本低廉、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，而且由于多孔結(jié)構(gòu)的引入，還具有比表而積高、孔道結(jié)構(gòu)豐富、孔徑可調(diào)等特點(diǎn)，開(kāi)放的三維空隙可以使生物分子便于滲透，可以為電子/質(zhì)子的轉(zhuǎn)移提供便捷的通道。由于多孔炭材料熱穩(wěn)定性好、機(jī)械穩(wěn)定性高、導(dǎo)電性?xún)?yōu)異、孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、比表面積大等特點(diǎn)，使其在吸附、分離、催化、氣體存儲(chǔ)及能源存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)化等領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用潛力。尤其在能源存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)化領(lǐng)域，多孔炭材料可以作為活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、包覆層、柔性基底、載體等發(fā)揮重要作用。中空結(jié)構(gòu)的多孔碳納米球作為一種新型的碳材料，因其良好的機(jī)械強(qiáng)度、可控內(nèi)孔隙體積和高比表面積等功能特性和獨(dú)特結(jié)構(gòu)，一直以來(lái)備受關(guān)注。這些良好的特性使其在氣體傳感器、催化和儲(chǔ)能等各個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出一定的應(yīng)用潛能。特別是作為傳感器電極材料，多孔碳球因其獨(dú)特的三維立體結(jié)構(gòu)，在離子/電子傳輸和生物分子吸附/脫附方面具有較大的優(yōu)勢(shì)。

將雜原子摻雜在碳材料中，可以極大地改變碳材料性能，如改變其表面結(jié)構(gòu)、改善其電子傳輸速率、調(diào)變其孔道結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)其親水性、增大其比表面積等，從而擴(kuò)大其在各領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。其中非金屬雜原子摻雜既能優(yōu)化碳材料的導(dǎo)電性，又能在氧化還原過(guò)程中貢獻(xiàn)額外的電催化能力。氮元素?fù)诫s可以顯著提高碳框架的電導(dǎo)率和表面極性，硼元素?fù)诫s能產(chǎn)生額外的活性位點(diǎn)接枝到碳表面，使碳電極具有更高的潤(rùn)濕性和耐久性。還原的氧化石墨烯含有殘留的氧和其他雜原子，以及良好的導(dǎo)電性和結(jié)構(gòu)缺陷。還原型氧化石墨烯作為基底負(fù)載多孔碳球，它較大的延展性和比表面積不但能提升碳球的分散性，彌補(bǔ)自團(tuán)聚的不足，同時(shí)還能保持較強(qiáng)的傳感特性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是為了解決目前用來(lái)檢測(cè)黃嘌呤和鳥(niǎo)嘌呤的無(wú)酶?jìng)鞲衅餮h(huán)穩(wěn)定性差、線性范圍窄以及檢測(cè)限高的問(wèn)題，而提供的一種基于硼/氮共摻雜的中空多孔碳球/石墨烯電化學(xué)傳感電極。