[發明專利]鍵合單原子銅的三維碳納米復合材料、其制備方法及應用

在審

• 申請號: 202310216537.0
• 申請日: 2023-03-08
• 公開（公告）號: CN116177536A
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 朱愛萍;彭正康;朱雯
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: C01B32/174
• 分類號: C01B32/174;C01B32/168;C01B32/194;G01N27/327;G01N27/30;B22F9/20;B22F1/12;B22F1/07
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理有限公司 11369
• 代理人: 史霞;靳浩

本案涉及一種鍵合單原子銅的三維碳納米復合材料、其制備方法及應用，將超分散劑加入到水中攪拌溶解，加入GNP與CNT，快速攪拌分散均勻后，砂磨；繼續分次加入CNT研磨，得到GNP/CNT水性納米漿，向其中加入銅鹽水溶液，攪拌1h后，真空干燥、粉碎，得復合納米粉體；將其置于惰性氣體中碳化，即得Cu?GNP/CNT復合納米粉體。本發明石墨烯與碳納米管構成三維碳納米網絡，具有超高的比表面以及優異的電子傳導能力，可以高載量鍵合單原子銅；從而激活Osubgt;2/subgt;，使其在有機物降解以及催化化學反應等領域具有非常廣泛的應用前景；在非酶葡萄糖傳感器領域具有應用潛力。

技術領域

本發明涉及金屬單原子/碳納米復合材料領域，具體涉及鍵合單原子銅的三維碳納米復合材料、其制備方法及應用。

背景技術

葡萄糖傳感器是目前使用最為廣泛的生物傳感器之一，在診斷和治療糖尿病過程中起著非常重要的作用。現有技術中通常采用石墨烯負載銅納米顆粒制備非酶葡萄糖傳感器，可以克服酶葡萄糖傳感器具有的不穩定性的缺陷。例如中國專利201910030193.8采用電化學還原法制備石墨烯負載銅納米顆粒，CN?111999360?B采用電化學還原法制備石墨烯薄膜/二維層狀結構化合物/銅納米粒子外層復合材料，得到的銅納米粒子的尺寸為100～400nm，銅納米粒子的負載量為0.1～0.5mg/g，通過協同導電、大比表面積石墨烯的功能，銅納米粒子表現優異的電催化傳感活性，然而與單原子銅相比，其催化活性要遜色得多，應用效果相對于單原子金屬大打折扣。

固定在載體上的單金屬原子相比于均相催化劑，具有最大的原子效率，催化性能優異，分離方便，因而引起了人們極大的關注。然而單原子由于其比表面能大、易遷移團聚等問題，因此，有效穩定單原子的原子分散存在諸多挑戰。

發明內容

針對現有技術中的不足之處，提供一種石墨烯與碳納米管形成三維碳納米材料鍵合單原子銅形成碳納米復合材料，可用于制備非酶葡萄糖傳感器。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種鍵合單原子銅的三維碳納米復合材料的制備方法，包括如下步驟：

步驟1：將超分散劑加入到水中攪拌溶解，加入GNP與CNT，快速攪拌分散均勻后，砂磨3-7h；繼續分次加入CNT，研磨時間8-10h，得到GNP/CNT水性納米漿；

步驟2：將銅鹽溶于水后加入到步驟1制備的GNP/CNT水性納米漿，攪拌1h，得到Cu²⁺/GNP/CNT水性納米漿；

步驟3：真空干燥步驟2制備的Cu²⁺/GNP/CNT水性納米漿，粉碎后得到Cu²⁺/GNP/CNT復合納米粉體；

步驟4：在惰性氣體中碳化所述Cu²⁺/GNP/CNT復合納米粉體，以5℃/min升溫至碳化950-1050℃，碳化時間為1-1.5h，即得，記為Cu-GNP/CNT。

進一步地，所述超分散劑為DC-P，結構式為

進一步地，所述超分散劑的用量是GNP與CNT總質量的0.75～1.5％，GNP與CNT的質量比為8:1～16:1。

進一步地，所述GNP/CNT水性納米漿的固含量為15～20％。

進一步地，所述銅鹽是硫酸銅、氯化銅以及硝酸銅中至少一種，其中銅的質量是GNP與CNT總質量的1-2％。

本發明進一步提供一種如上所述的制備方法制得的鍵合單原子銅的三維納米復合材料。

本發明進一步提供一種如上所述的鍵合單原子銅的三維納米復合材料在非酶葡萄糖傳感器中的應用。