[發明專利]一種具有異質結構的氫氧化鈷/氧化銅微米珊瑚陣列電極材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202111275374.0
• 申請日: 2021-10-29
• 公開（公告）號: CN114113234A
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 郭滿滿;袁宇希;俞挺;袁彩雷
• 申請（專利權）人: 江西師范大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12;G01N27/327
• 代理公司: 南昌華成聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 36126
• 代理人: 張建新

本發明公開了一種具有異質結構的氫氧化鈷/氧化銅微米珊瑚陣列電極材料及其制備方法和應用。該復合材料是按照以下步驟進行制備的：a、采用方波電勢脈沖法處理光滑金屬銅表面，快速原位生長出微米珊瑚狀金屬銅陣列；b、以循環伏安法將珊瑚狀金屬銅陣列電氧化，形成微米珊瑚狀氧化銅陣列；c、經過電化學沉積處理，在氧化銅陣列表面負載氫氧化鈷，形成具有異質結構的氫氧化鈷/氧化銅微米珊瑚陣列電極材料。該復合電極材料用于無酶電化學傳感檢測葡萄糖時表現出了靈敏度高、響應迅速、抗干擾和抗毒化性能，具有寬線性范圍、低檢測限及良好的穩定性。本發明為發展高性能、低成本的非貴金屬基無酶葡萄糖傳感器提供了新的思路。

技術領域

本發明屬于電化學傳感器技術領域，具體涉及一種具有異質結構的氫氧化鈷/氧化銅微米珊瑚陣列電極材料及其制備方法和應用。

背景技術

作為疾病診斷、食品、生物加工和生物制藥產業等領域的關鍵檢測手段，葡萄糖傳感器在過去的幾十年里被越來越多的研究者開發。葡萄糖電化學傳感技術以其痕量檢測限、在線分析兼容性強、操作簡單、響應速度快等優點受到了廣泛的關注，它們可以分為兩類（包括酶型和非酶型）。由于含昂貴葡萄糖氧化酶的葡萄糖電化學傳感器容易受到pH、溫度、濕度等因素的影響，因此通過制備價格低廉的非貴金屬基材料，發展高活性和穩定性的無酶葡萄糖電化學傳感器成為當務之急。

氧化銅（CuO）和氫氧化鈷（Co(OH)₂）由于其良好的選擇性和易獲得性，在葡萄糖電化學傳感領域受到高度關注。然而，塊狀體相CuO和Co(OH)₂的葡萄糖催化活性并不高，主要原因在于：（1）氧化態物種導電性較差，需要較高的檢測電位；（2）高檢測電勢導致材料在電解液中的耐腐蝕性差，結構不穩定；（3）塊狀材料的活性位點僅僅暴露在體相邊緣，作用于葡萄糖傳感的位點太少。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有異質結構的氫氧化鈷/氧化銅微米珊瑚陣列電極材料及其制備方法和應用。

本發明提供的一種具有異質結構的氫氧化鈷/氧化銅微米珊瑚陣列電極材料的制備方法，具體包括以下步驟：

(1) 將光滑的金屬銅盤電極（直徑3 mm）浸入1 M H₂SO₄水溶液中，進行方波電勢脈沖技術處理100 s，處理后的電極用去離子水清洗并干燥，即得到微米珊瑚狀金屬銅陣列電極材料（即Cu MCAs）；

(2) 將步驟(1)中制備得到的Cu MCAs電極置于1 M NaOH水溶液中，通過循環伏安法處理進一步電氧化，氧化后的電極用去離子水清洗并干燥，即得到微米珊瑚狀氧化銅陣列電極材料（即CuO MCAs）；

(3) 將步驟(2)中制備得到的CuO MCAs電極浸入20 ml含有Co(NO₃)₂·6H₂O和NaNO₃的混合水溶液中，采用恒電勢沉積技術處理，在CuO表面繼續電化學修飾氫氧化鈷，修飾后的電極用去離子水清洗并干燥，即得到異質結構的氫氧化鈷/氧化銅微米珊瑚陣列電極材料（即Co(OH)₂/CuO MCAs）。

優選的，步驟(1)中，所述的方波電勢脈沖技術參數為：在陰極電勢和陽極電勢（此處電勢相對于飽和硫酸亞汞參比電極）之間以10~100 Hz頻率進行電勢階躍，其中陰極電勢區間為–1.6 ~ –1.2 V，而陽極電勢區間為–0.2 ~ 0.2 V。

優選的，步驟(2)中，所述的循環伏安法處理參數為：從陰極電勢至陽極電勢（此處電勢相對于飽和硫酸亞汞參比電極）以30 ~ 50 mV s^–1掃速循環伏安掃描5~10圈，其中陰極電勢區間為?0.9 ~ –0.7 V，而陽極電勢區間為0.2 ~ 0.4 V。