钴基纳米片材料的制备及其葡萄糖传感性能研究

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糖尿病在全球范围内对社会经济、医疗以及人类健康等方面的影响日益增加,因此发展快速、准确的葡萄糖检测技术越来越重要,这对糖尿病的预防及治疗等具有重大意义。随着葡萄糖传感器相关研究的不断深入,可应用于第四代无酶葡萄糖传感器的电极材料成为当前新材料的研究重点之一。其中以过渡金属元素化合物为基的无酶葡萄糖传感器可避免传统酶基葡萄糖传感器稳定性差、检测结果重现性不好等弊端,也可解决贵金属材料电极由于成本过高而不能大规模生产应用的限制。同时,由葡萄糖催化氧化原理以及纳米结构材料的特点可知,纳米结构电极较大的比表面积可提供更多的反应活性位点,进而获得更佳的电催化性能。本文开发了一种基于腐蚀非晶合金阳极材料(Zr56Al16Co28非晶合金)进行电化学沉积的新方法,获得一种可用于葡萄糖传感器的自支撑过渡金属钴基纳米片结构(Co-NS@NF),并通过磷化和碱性氧化对其性能进一步提升,具体研究内容如下:(1)系统研究了沉积参数对Co-NS@NF形貌、成分的影响。研究发现在1.8 V vs.SCE电位、沉积3.5 h条件下可获得由长度约297 nm的纳米片组成的纳米多孔结构,纳米片外层为Co(OH)2内部为Co单质;(2)通过对Co-NS@NF进行不同的磷化处理获得Co3(PO4)2纳米片结构(CPO-NS@NF),在573 K下磷化2 h条件下制得的CPO-NS@NF-2电极表现出最佳的葡萄糖传感性能,葡萄糖检测的灵敏度为2197μA·m M-1 cm-2(0-3 m M)与783μA·m M-1 cm-2(3-6 m M),检测限为563 n M;(3)通过对Co-NS@NF进行不同的碱性氧化处理,发现在(NH4)2S2O8+Na OH混合溶液中氧化60 s得到的Co(OH)2纳米片结构(Co(OH)2-NS@NF-60)电极表现出最佳的葡萄糖传感性能,对葡萄糖检测的灵敏度高达3292μA·m M-1 cm-2(0-1 m M)、573μA·m M-1 cm-2(1-6m M),检测限为60 n M。此外,研究发现CPO-NS@NF-2与Co(OH)2-NS@NF-60电极材料的抗干扰性、长期稳定性以及对人体血清样本的实际检测性能良好,作为电化学无酶传感器电极材料具有很大的发展、应用潜力。
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