氧化钨气凝胶及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种氧化钨气凝胶的制备方法，是将钨酸与聚乙烯亚胺按质量比为1:1在水中混合均匀，调节pH至1-5，加水稀释至溶液中钨酸与聚乙烯亚胺的质量分数分别为0.05～0.1，所得混合液通过水热反应制得水凝胶，再将水凝胶进行冷冻干燥或超临界干燥，制得氧化钨气凝胶；该方法为水热辅助凝胶法，通过添加聚乙烯亚胺作为形貌导向剂，成功使氧化钨取向生长成为纳米线，并且纳米线之间相互缠绕，形成空间立体的连续网状结构，最终构成氧化钨气凝胶，这种由纳米线缠绕而成的气凝胶有利于固定蛋白酶，可以作为蛋白酶直接电子转移的接力棒，利于蛋白酶直接电化学的实现，可用于构建高效稳定的直接电化学型生物传感器测试电极。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种氧化钨气凝胶的制备方法，是将钨酸与聚乙烯亚胺按质量比为1:1在水中混合均匀，调节pH至1-5，加水稀释至溶液中钨酸与聚乙烯亚胺的质量分数分别为0.05～0.1，所得混合液通过水热反应制得水凝胶，再将水凝胶进行冷冻干燥或超临界干燥，制得氧化钨气凝胶；该方法为水热辅助凝胶法，通过添加聚乙烯亚胺作为形貌导向剂，成功使氧化钨取向生长成为纳米线，并且纳米线之间相互缠绕，形成空间立体的连续网状结构，最终构成氧化钨气凝胶，这种由纳米线缠绕而成的气凝胶有利于固定蛋白酶，可以作为蛋白酶直接电子转移的接力棒，利于蛋白酶直接电化学的实现，可用于构建高效稳定的直接电化学型生物传感器测试电极。【专利说明】氧化钨气凝胶及其制备方法和应用
本专利技术属于材料制备与应用
，涉及一种无机气凝胶及其制备方法和应用。
技术介绍
氧化钨是一种新型的半导体材料，也是少数几种易于实现量子尺寸效应的氧化物半导体之一，兼具电致变色、吸收、催化等特性，已被广泛用于光电器件、化学传感器、燃料电池等领域。近年来由于氧化钨纳米材料制备技术的发展、介稳态高效变色和传递质子性能的发现，基于氧化钨纳米材料紫外吸收与化学活性，其应用又扩展到信息存储、变色窗、大面积信息显示屏、汽车反光镜等多个领域。气凝胶是一种由纳米量级超细微粒或高聚物分子相互聚集构建成的纳米多孔网络，并在空隙中充满气态分散介质的一种高分散固态材料。其孔隙率可达80~99.8%，孔尺寸一般在I~IOOnm之间,密度范围可在3~600mg/cm3。1931年，美国科学家Kistler首次报道了 SiO2气凝胶的合成，但由于合成工艺繁琐、耗时，未能得到发展。到上世纪70年代，随着溶胶-凝胶技术的发展和节能意识的增强，具有超低密度、多孔结构、优良吸附性和结构易于调控等优点的气凝胶逐渐引起人们的关注，其在隔热材料，隔音材料、过滤材料、催化剂、吸附剂、传感器、燃料电池、粒子检测器、药物缓释材料等领域都显示出得天独厚的优势。无机气凝胶的制备一般选用金属有机物(也有少量非金属如S1、B等的有机物)作为原料，先利用溶胶-凝胶过程在溶液内形成无序、枝状、连续网络结构的胶体颗粒，再采用超临界干燥工艺去除凝胶内剩余的溶液而不改变凝胶态的结构，由此得到多孔、无序、具有纳米量级连续网络结构的低密度非晶固态材料。目前，应用溶胶-凝胶法和超临界干燥工艺已经制备出了 SiO2、Al2O3和TiO2等几十种气凝胶。生物传感器是用生物活性材料作为敏感元件，利用物理换能器将生物化学反应能转换成物理化学变化信号的分析测试装置。其分析方法是发展生物技术必不可少的一种先进检测与监控方法，也是物质分子水平的快速、微量分析方法。在未来21世纪知识经济发展中，生物传感技术必将是介于信息和生物技术之间的新增长点，在临床诊断、工业控制、食品和药物分析、环境保护以及生物技术和生物芯片等研究中有着广泛的应用前景。蛋白质(酶)是电化学生物传感器中应用最为广泛的固定化生物功能试剂，用于传感器敏感膜的制备，能够实现传感器对底物的高选择性和高灵敏检测。理论上，蛋白质(酶)与电极之间的直接电子传递为设计选择性好、灵敏度高的生物传感器提供了可能，然而自1962年Clark提出生物传感器的概念以来，迄今为止，只有少数氧化还原蛋白(酶)能够在裸固体电极上表现出电化学活性，要想实现氧化还原蛋白(酶)与电极之间的直接电子传递并非易事。近几年，由于无媒介直接电化学生物传感器具有灵敏度高、选择性好、抗干扰能力强、易于微型化和自动化等优点，引起了科学家们强烈的研究兴趣。但要想真正实现直接电化学型生物传感器的实用化，必须保证酶蛋白催化活性的高效稳定保持和酶蛋白反应信号向信号转换元件的有效传递，这两个条件缺一不可。无机气凝胶由于本身孔隙率高，孔结构分布为中介孔结构，又有较大的比表面积，为构建高效稳定的直接电化学生物传感器电极提供了可能。TiO2, SiO2和石墨烯气凝胶等都曾用于修饰生物传感器电极，但有关氧化钨气凝胶在生物传感器中的应用尚未见文献报道。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的之一在于提供一种氧化钨气凝胶的制备方法，反应简单，成本低廉，所得；目的之二在于提供采用所述方法制得的氧化钨气凝胶在电化学生物传感器中的应用。经研究，本专利技术提供如下技术方案:1.氧化钨气凝胶的制备方法，是将钨酸与聚乙烯亚胺按质量比为1:1在水中混合均匀，调节PH至1-5，加水稀释至溶液中钨酸与聚乙烯亚胺的质量分数分别为0.05~0.1，所得混合液通过水热反应制得水凝胶，再将水凝胶进行冷冻干燥或超临界干燥，制得氧化钨气凝胶。本专利技术可以 直接用钨酸作为钨源，但由于钨酸不稳定，见光易分解，实际应用中常现配现用，即用钨酸盐(如钨酸钠等)与无机酸(如盐酸、硫酸等)混合反应制得。进一步，所述钨酸采用以下方法制得:将钨酸盐水溶液用无机酸酸化，析出钨酸沉淀，固液分离，固体经洗涤、干燥、粉碎后，得到钨酸粉末。进一步，所述钨酸盐为钨酸钠，所述无机酸为盐酸或硫酸。进一步，所述水热反应是在180°C~210°C条件下加热反应18~30小时。进一步，所述氧化钨气凝胶的制备方法是将钨酸与聚乙烯亚胺按质量比为1:1在水中混合均匀，用盐酸调节PH至3，加水稀释至溶液中钨酸与聚乙烯亚胺的质量分数分别为0.07，所得混合液于210°C加热反应24小时制得水凝胶，再将水凝胶进行冷冻干燥，制得氧化钨气凝胶。2.采用上述制备方法制得的氧化钨气凝胶。3.所述氧化钨气凝胶在制备直接电化学型生物传感器测试电极中的应用。4.利用所述氧化钨气凝胶制备直接电化学型生物传感器测试电极的方法，包括以下步骤:a.取氧化钨气凝胶，加水，超声分散，加入蛋白酶，震荡混匀，2~8°C放置24~72小时使氧化钨气凝胶充分吸附蛋白酶，得混合液；b.将玻碳电极打磨平整、光亮后，洗净，干燥，在电极表面滴加步骤a制备的混合液，干燥成膜，再在膜表面滴加Nafion溶液，干燥，制得直接电化学型生物传感器测试电极。进一步，利用氧化钨气凝胶制备直接电化学型葡萄糖传感器测试电极的方法，包括以下步骤:a.取氧化鹤气凝胶,加水至浓度为5~20mg/mL,超声分散,再加入葡萄糖氧化酶至浓度为5~20mg/mL，震荡混匀，2~8°C放置48小时使氧化钨气凝胶充分吸附葡萄糖氧化酶，得混合液；b.将玻碳电极用铝粉逐级打磨至表面平整、光亮，洗净，干燥，在电极表面滴加步骤a制备的混合液，干燥成膜，再在膜表面滴加质量分数为0.5%的Nafion溶液，干燥，制得直接电化学型葡萄糖传感器测试电极。进一步，利用氧化钨气凝胶制备直接电化学型葡萄糖传感器测试电极的方法，包括以下步骤:a.取氧化鹤气凝胶,加水至浓度为10mg/mL,超声分散,再加入葡萄糖氧化酶至浓度为10mg/mL，震荡20分钟，4°C放置48小时使氧化钨气凝胶充分吸附葡萄糖氧化酶，得混合液；b.将玻碳电极依次用0.5μπι和0.03μπι的铝粉打磨至表面平整、光亮，洗净，干燥，在电极表面滴加步骤a制备的混合液5 μ L，干燥成膜，再在膜表面滴加质量分数为0.5%的Nafion溶液10 μ L，干燥，制得直接电化学型葡萄糖传感器测试电极。本专利技术的有益效果在于:本专利技术利用水热辅助凝胶法，通过添加聚乙本文档来自技高网...

【技术保护点】
氧化钨气凝胶的制备方法，其特征在于，将钨酸与聚乙烯亚胺按质量比为1:1在水中混合均匀，调节pH至1‑5，加水稀释至溶液中钨酸与聚乙烯亚胺的质量分数分别为0.05～0.1，所得混合液通过水热反应制得水凝胶，再将水凝胶进行冷冻干燥或超临界干燥，制得氧化钨气凝胶。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：包淑娟，孙强强，李长明，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85