一种Cu制造技术

本发明专利技术提供一种Cu

A kind of Cu

【技术实现步骤摘要】
一种Cu2O@BiOI复合材料及其制备方法和应用
本专利技术属于光电化学传感器制造和检测分析
，具体涉及一种Cu2O@BiOI复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。随着信息时代的到来，获得准确、可靠的信息对现代化生产具有指导性意义，生物传感器是获得自然界及生产领域信息的主要途径和重要手段。其中，生物传感器自1962年提出设想以来，已经有五十多年的研究历史，广泛渗透到国民生产的各个领域，已成功应用于组织、细胞、核苷酸及生物小分子的传感，例如葡萄糖、过氧化氢(H2O2)等。过氧化氢(H2O2)具有很强的氧化、杀菌和漂白作用，广泛应用于食品工业、轻工业、环保和医疗领域。但它严重影响细胞功能和代谢，许多病理变化的发生和体内H2O2超标密切相关，如DNA损伤、神经功能退化、自身免疫性疾病、帕金森病，甚至癌症。因此，开发一种高效、准确、快速、低成本的H2O2检测方法具有重要意义。目前检测H2O2含量的检测方法很多，包括氧化还原滴定法、化学发光法、荧光分光光度法、电化学法等。其中，酶基电化学方法因其灵敏度高、选择性好而得到了广泛的研究，但酶在传感器中的应用因其固有的稳定性差、固定复杂等局限性而受到限制。因此人们对能够替代酶的贵金属材料做了大量的研究，以发挥出色的催化作用，称为非酶传感器。目前，虽然铂、金、银等贵金属纳米粒子已被用于电化学检测H2O2，但它们仍存在成本高、背景电流大、灵敏度低等缺点，难以满足实际应用。过渡金属及其氧化物纳米粒子由于尺寸效应具有独特的光学和电子性能，广泛应用于传感器电极材料的研究，如TiO2、Fe3O4、Cu2O、MnO2等。其中，Cu2O纳米粒子具有良好的导电性，价格低廉，对H2O2具有较高的催化活性。但其粒子容易团聚，光吸收范围相对较小。同时，卤素氧化物中的BiOI是一种优良的光敏材料，是BiOX中带隙(约1.9eV)最小的可见光驱动光催化剂。遗憾的是，BiOI中仍然存在光生载流子的快速复合的问题，导致单一BiOI的光催化效率有限。
技术实现思路
针对上述现有技术，经长期的技术与实践探索，本专利技术提供了一种Cu2O@BiOI复合材料及其制备方法和应用，本专利技术首次将Cu2O纳米粒子和BiOI纳米片复合生长在基底(如FTO)上，制备得到的复合电极具有高催化活性、高灵敏度、宽线性范围、良好的稳定性、高选择性和优良的光电化学性能，且该材料被证明适用于真实样品中的H2O2检测，误差极低，可以满足实际应用的需求。本专利技术是通过如下技术方案实现的：本专利技术的第一个方面，提供一种Cu2O@BiOI复合材料，所述复合材料由Cu2O纳米颗粒和BiOI纳米片组成；其中，Cu2O纳米颗粒直径约为50-100nm，且均匀排布在BiOI纳米片边缘；BiOI纳米片尺寸约为500-800nm，厚度约为10nm；大小均匀且相互穿插。本专利技术首次将BiOI与Cu2O进行结合，以BiOI作为支撑材料，解决了过渡金属氧化物颗粒易团聚的问题，使Cu2O纳米颗粒均匀分布，增大比表面积，充分暴露催化活性位点；以窄带隙半导体BiOI作为电子传输路径，扩大了吸光范围，弥补了Cu2O可见光利用能力不足的缺陷；二者结合形成p-p型异质结，为电子和空穴的定向传输提供了通道，加快传输速率，增强了导电性；同时，异质结的形成有效分离电子空穴，使更多的电子参与H2O2催化反应，大大提高制备得到的光电化学传感器的灵敏度。本专利技术的第二个方面，提供Cu2O@BiOI复合材料在制备光电化学传感器电极中的应用。本专利技术的第三个方面，提供一种光电化学传感器电极，所述光电化学传感器电极包括如下(a)或(b)中任意一种：(a)所述Cu2O@BiOI复合材料；(b)基底，以及由基底负载的所述Cu2O@BiOI复合材料。其中，所述基底包括金属基底、碳材料基底，以及选自FTO、ITO、AZO、ZnO：B、ZnO：Ga、ZnO：In、Cd2SnO4、Zn2SnO4、TiO2：Nb、SrTiO3：Nb、CuS、CuAlO2和CuAlS2任一种的导电玻璃，优选为FTO。FTO具有良好的机械稳定性、光稳定性和高导电性，将其作为基底生长BiOI纳米片结构，可有效提高复合材料的稳定性、导电性。本专利技术的第四个方面，提供上述光电化学传感器电极的制备方法，所述制备方法包括使用电化学沉积法制备所述Cu2O@BiOI复合材料。本专利技术的第五个方面，提供上述Cu2O@BiOI复合材料和/或上述光电化学传感器电极在制备光电化学传感器中的应用。本专利技术的第六个方面，提供一种光电化学传感器，所述光电化学传感器包括至少一个电极，所述电极至少包括上述Cu2O@BiOI复合材料和/或上述光电化学传感器电极。本专利技术的第七个方面，提供上述Cu2O@BiOI复合材料、上述光电化学传感器电极和/或上述光电化学传感器在H2O2检测中的应用。应用领域包括但不限于食品工业、化学工业、环保和医疗领域；更进一步包括但不限于废纸脱墨、纤维漂白、无机环氧化物制备、有机过氧化物制备、杀菌、废水处理、废气处理、医用消毒、临床疾病的早期检测与治疗过程实时监控、DNA损伤和基因突变的病因检测等。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术优选使用FTO作为基底，FTO具有良好的机械稳定性、光稳定性和高导电性，将其作为基底生长BiOI纳米片结构，可有效提高复合材料的稳定性、导电性。(2)本专利技术利用两步电沉积法在FTO表面负载BiOI纳米片结构，实现了FTO表面的全方位、均匀覆盖；又在BiOI/FTO上加载Cu2O纳米颗粒，实现了在高活性位点位置的定点生长，制备得到的复合材料微观形貌一致、分布均匀。本专利技术的设备简单、工艺过程容易控制、成本低廉、适合实际生产、制备复合材料效率高、材料利用率高，用该材料制作的传感器具有很优异的光电化学性能。(3)本专利技术制备得到的复合材料中，BiOI纳米片尺寸约为500-800nm，厚度约为10nm，大小均匀且相互穿插；Cu2O纳米颗粒直径约为50-100nm，且均匀排布在BiOI纳米片边缘。将BiOI与Cu2O结合，以BiOI作为支撑材料，解决了过渡金属氧化物颗粒易团聚的问题，使Cu2O纳米颗粒均匀分布，增大比表面积，充分暴露催化活性位点；以窄带隙半导体BiOI作为电子传输路径，扩大了吸光范围，弥补了Cu2O可见光利用能力不足的缺陷；二者结合形成p-p型异质结，为电子和空穴的定向传输提供了通道，加快传输速率，增强了导电性；同时，异质结的形成有效分离电子空穴，使更多的电子参与H2O2催化反应，大大提高光电化学传感器灵敏度。(4)本专利技术使用Cu2O-BiOI/FTO复合材料组装的H2O2光电化学传感器具有较高的灵敏度、低检测限和宽线性范围，拓展了半导体异质结材料的适用范围。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Cu

【技术特征摘要】
1.一种Cu2O@BiOI复合材料，其特征在于，所述复合材料由Cu2O纳米颗粒和BiOI纳米片组成；其中，Cu2O纳米颗粒均匀排布在BiOI纳米片边缘；BiOI纳米片大小均匀且相互穿插，二者结合形成p-p型异质结。


2.如权利要求1所述的Cu2O@BiOI复合材料，其特征在于，Cu2O纳米颗粒直径为50-100nm；BiOI纳米片尺寸为500-800nm，厚度为10nm。


3.权利要求1或2所述Cu2O@BiOI复合材料在制备光电化学传感器电极中的应用。


4.一种光电化学传感器电极，其特征在于，所述光电化学传感器电极包括如下(a)或(b)中任意一种：
(a)权利要求1或2所述Cu2O@BiOI复合材料；
(b)基底，以及由基底负载的权利要求1或2所述Cu2O@BiOI复合材料。


5.如权利要求4所述的光电化学传感器电极，其特征在于，所述基底包括金属基底、碳材料基底和导电玻璃基底；
优选的，所述导电玻璃基底包括FTO、ITO、AZO、ZnO：B、ZnO：Ga、ZnO：In、Cd2SnO4、Zn2SnO4、TiO2：Nb、SrTiO3：Nb、CuS、CuAlO2和CuAlS2中的任一种，进一步优选为FTO；
优选的，所述光电化学传感器电极由FTO基底、BiOI纳米片和Cu2O纳米颗粒组成；所述BiOI纳米片为竖直穿插生长在FTO表面上的片层结构，尺寸为500-800nm，厚度为10nm；所述Cu2O纳米颗粒为生长在BiOI薄片边缘的小颗粒，直径为50-100nm。


6.权利要求4或5所述光电化学传感器电极的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括使用电化学沉积法制备所述Cu2O@BiOI复合材料；
优选的，采用两步电沉积法制备所述Cu2O@BiOI复合材料；即在基底表面依次沉积BiOI纳米片和Cu2O纳米颗粒；
优选的，所述制备方法包括：
(1)将FTO作为三电极体系的工作电极，在铋盐、碘盐、对苯醌、HNO3混合的电解液中进行电化学沉积，得BiOI/FTO复合材料；
(2)将BiOI/FTO复合材料置于电泳沉积电源的负极，在含有铜盐的乙醇溶液中进行电泳沉积，得Cu2O-BiOI/FTO复合材料即光电化学传感器电极；
进一步优选的，所述步骤(1)中，铋盐为Bi(NO)3·5H2O，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琦，张怡，汪宙，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37