一种基于钴基的异质结纳米复合材料及其制备方法与应用

本发明涉及复合材料，尤其涉及一种基于钴基的异质结纳米复合材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、葡萄糖是人类生命活动中不可或缺的营养物质，其不仅作为能量来源，而且是新陈代谢的中间产物。但是，血液中葡萄糖过量会对人体健康造成损害，可能导致糖尿病和其他并发症。为了克服源于糖尿病的健康风险，对葡萄糖分子含量进行准确、快速地监测很有必要。

2、目前已有多种方法用于葡萄糖检测，如电感耦合等离子体质谱、荧光法、x射线荧光光谱法和电化学检测技术。其中，电化学检测过程因其灵敏度高、响应快、检测限低、选择性好而受到生物小分子检测的广泛关注。

3、贵金属材料在电化学检测葡萄糖方面显示出巨大前景，但其高昂成本限制了其进一步使用。而过渡金属氧化物半导体修饰电极材料如co3o4、fe3o4和nio因其具有环境友好、成本低、活性显著等优点在电化学检测葡萄糖中被广泛应用。但是，过渡金属氧化物自身较差的导电性及稀少的活性位点限制了其进一步发展，导致在电化学检测葡萄糖时显示出灵敏度较差的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于钴基的异质结纳米复合材料的制备方法，该方法制备的基于钴基的异质结纳米复合材料在用于光电化学检测葡萄糖时显示出优异的灵敏度。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种基于钴基的异质结纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：

4、将zif-67纳米片进行热解氧化处理，得到二维co3o4纳米片；

5、将所述二维co3o4纳米片与阳离子表面活性剂、水、可溶性金属盐和硼氢化盐混合，进行还原反应，得到基于钴基的异质结纳米复合材料；所述可溶性金属盐包括铜或镍的可溶性盐。

6、优选地，所述热解氧化处理为微波碳浴。

7、优选地，所述微波碳浴的微波功率为560～800w；所述微波碳浴的时间为10～40min；所述微波碳浴的掩埋深度为-2.0～+2.0cm。

8、优选地，所述硼氢化盐包括硼氢化钠或硼氢化钾。

9、优选地，所述步骤二维co3o4纳米片中的钴离子、可溶性金属盐中的金属离子和硼氢化盐中的硼氢根离子的物质的量之比为(0.2～1):1:(5～20)。

10、本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的基于钴基的异质结纳米复合材料，包括二维多孔纳米片以及负载在所述二维多孔纳米片上的纳米颗粒，所述二维多孔纳米片为二维co3o4纳米片，所述纳米颗粒包括镍颗粒或者由cu和cu2+1o形成的颗粒。

11、优选地，所述纳米颗粒的粒径为50～300nm。

12、优选地，所述二维多孔纳米片的厚度为20～100nm。

13、本发明还提供了一种工作电极，所述工作电极包括基底和涂敷于所述基底上的修饰材料，所述修饰材料包括上述技术方案所述基于钴基的异质结纳米复合材料。

14、本发明还提供了上述技术方案所述工作电极在光电化学检测葡萄糖中的应用。

15、本发明提供了一种基于钴基的异质结纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：将zif-67纳米片进行热解氧化处理，得到二维co3o4纳米片；将所述二维co3o4纳米片与阳离子表面活性剂、水、可溶性金属盐和硼氢化盐混合，进行还原反应，得到基于钴基的异质结纳米复合材料；所述可溶性金属盐包括铜或镍的可溶性盐。在本发明中，zif-67纳米片经热解氧化处理得到二维co3o4纳米片，能够使基于钴基的异质结纳米复合材料继承zif-67纳米片大比表面积的优点；本发明将二维co3o4纳米片与阳离子表面活性剂、水、可溶性金属盐和硼氢化盐混合进行还原反应，在硼氢化盐的作用下，可溶性金属盐被成功还原，并且金属与二维co3o4纳米片相互作用形成基于钴基的异质结纳米复合材料。本发明通过采用热解氧化处理辅助硼氢化盐还原的方法得到了基于钴基的异质结纳米复合材料，该复合材料以二维co3o4纳米片作为载体，继承了zif-67纳米片大比表面积的优点，同时基于钴基的异质结纳米复合材料中的金属阳离子和氧阴离子缺陷使得基于钴基的异质结纳米复合材料具有丰富的活性位点，为电子转移和小分子吸附提供了较大优势；同时异质结界面的形成可进一步提高基于钴基的异质结纳米复合材料的导电性，将其作为修饰材料制备成工作电极用于光电化学检测葡萄糖展现出优异的检测灵敏度和良好的光电响应。实施例结果显示，由本发明所述方法获得的基于钴基的异质结纳米复合材料作为修饰电极材料，用于光电化学检测葡萄糖，灵敏度可以达到12～14ma·mm-1·cm-2，检测限为0.01～0.05mm，响应时间为0.5～2.5s，具有良好的光电响应和灵敏度。

技术特征：

1.一种基于钴基的异质结纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热解氧化处理为微波碳浴。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述微波碳浴的微波功率为560～800w；所述微波碳浴的时间为10～40min；所述微波碳浴的掩埋深度为-2.0～+2.0cm。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硼氢化盐包括硼氢化钠或硼氢化钾。

5.根据权利要求1或4所述的制备方法，其特征在于，所述二维co3o4纳米片中的钴离子、可溶性金属盐中的金属离子和硼氢化盐中的硼氢根离子的物质的量之比为(0.2～1):1:(5～20)。

6.权利要求1～5任意一项所述制备方法制备得到的基于钴基的异质结纳米复合材料，包括二维多孔纳米片以及负载在所述二维多孔纳米片上的纳米颗粒，所述二维多孔纳米片为二维co3o4纳米片，所述纳米颗粒包括镍颗粒或者由cu和cu2+1o形成的颗粒。

7.根据权利要求6所述的基于钴基的异质结纳米复合材料，其特征在于，所述二维多孔纳米片的厚度为20～100nm。

8.根据权利要求6所述的基于钴基的异质结纳米复合材料，其特征在于，所述纳米颗粒的粒径为50～300nm。

9.一种工作电极，所述工作电极包括基底和涂敷于所述基底上的修饰材料，所述修饰材料包括权利要求6～8任意一项所述基于钴基的异质结纳米复合材料。

10.权利要求9所述的工作电极在光电化学检测葡萄糖中的应用。

技术总结
本发明提供了一种基于钴基的异质结纳米复合材料及其制备方法和应用，属于复合材料技术领域。本发明通过采用热解氧化处理辅助硼氢化盐还原的方法得到了基于钴基的异质结纳米复合材料，该复合材料以二维Co<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;纳米片作为载体，继承了ZIF‑67纳米片大比表面积的优点，同时基于钴基的异质结纳米复合材料中的金属阳离子和氧阴离子缺陷使得基于钴基的异质结纳米复合材料具有丰富的活性位点，为电子转移和小分子吸附提供了较大优势；同时异质结界面的形成可进一步提高基于钴基的异质结纳米复合材料的导电性，将其作为修饰材料制备成工作电极用于光电化学检测葡萄糖展现出优异的检测灵敏度和良好的光电响应。

技术研发人员：陈龙,庞建祥,张浩筠,金山,单会玲,张童,廖慕白,安大麾
受保护的技术使用者：石河子大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13