有机框架驱动的钴掺杂氧化锌纳米材料及其对呼气疾病标志物的传感性质研究

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金属有机框架(MOFs)作为一种新型的功能纳米材料,在多孔材料的制备上具有广阔的应用前景。近年来,由MOFs驱动获得的多孔材料在催化、分离和传感技术中的应用,受科研工作者的青睐。由MOFs驱动获得的纳米材料,具有多孔结构、高表面积、多种成分和功能连接等优点,是构建高性能器件的良好载体。本文主要由MOFs驱动获得多种成分的钴掺杂氧化锌纳米材料。首先,通过不同的比例,得到不同的金属有机框架。随后,经过高温退火处理,得到均匀掺杂的半导体金属氧化物纳米粒子,具有掺杂方式可控、表面状态可调、分散性好、铁磁性强、催化活性好等特点。通过上述方法获得的钴掺杂氧化锌的纳米材料并对呼气标志物进行了检测,我们发现对糖尿病生物标志物丙酮的响应高,具体成果如下:(1)设计并制备了可精确掺杂的半导体金属氧化物纳米粒子,精确掺杂是提高敏感性能最重要的方法。在本文中,我们通过精确掺杂制备了四种比例的MOFs,MOFs的颜色由靛蓝色逐渐变为深蓝色。通过高温退火的方式得到半导体金属氧化物纳米粒子,颜色由浅绿色逐渐加深为棕绿色。MOFs中钴和锌离子的规则且均匀排列使得钴掺杂ZnO NPs的合成更加可控。(2)制备了具有成本低,稳定性强,可靠性高并能检测呼气疾病标志物丙酮的气敏传感器。ZnCo5%传感器在检测丙酮上具有良好的传感特性;对微量丙酮的响应高(5 ppm为18.2),响应/恢复时间快,检测下限低(170 ppb),长期稳定性为4个月。增强传感性能的原因可以归结为活性位点的增加,额外的杂质能级,和元素Co的催化能力。此外,优化后的传感器可以区分模拟的糖尿病呼吸样本和健康人的呼吸样本。由MOFs驱动的钴掺杂ZnO NPs是一种低成本、无创的呼气疾病的诊断方法,其合成策略可推广到其他类型的外部掺杂氧化材料。综上所述,我们以不同掺杂比例的半导体纳米材料为基础,获得的敏感材料提高了敏感性能,实现了对糖尿病生物标志物丙酮气体的检测,对一步法钴掺杂实验,提供了一定的参考价值。
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