ZIF三维骨架电极、其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了ZIF三维骨架电极、其制备方法和应用，涉及电极材料技术领域。ZIF三维骨架电极包括导电基底和在导电基底上原位生长出的ZIF骨架结构层，ZIF骨架结构层中的骨架材料为ZIF

【技术实现步骤摘要】
ZIF三维骨架电极、其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及电极材料
，且特别涉及ZIF三维骨架电极、其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]葡萄糖检测在生物医学和燃料电池领域已经得到广泛应用，并在这两个领域均发挥重要作用。在临床医学上，糖尿病带来的并发症严重危害着人类身体健康，其早期诊断和后续监测治疗一直是医学界的重大难题，因此对糖尿病患者血糖含量的准确测量，可以有效地对糖尿病进行监测和治疗。在新能源燃料电池方面，检测葡萄糖含量是评价燃料电池催化剂的一个重要指标。可见，准确高效地进行葡萄糖的检测是十分必要的。
[0003]在众多的检测方法中，与常规的光学、色谱检测方法相比，电化学检测法具有快速响应、灵敏度高、制备简单和方便携带等优点，是对生物小分子葡萄糖进行快速、精准检测的最佳方法。目前，市场上最普遍的是基于酶的生物传感器，大多为一次性检测，无法持续检测葡萄糖，且酶易受外部环境影响失活，对外界保存环境要求较高且稳定性差，严重影响检测结果的可靠性。
[0004]为了克服酶带来的相关问题，开发无酶测试的催化剂显得尤为重要。其中，贵金属(铂、金)因为高效催化葡萄糖氧化进行大量的研究。但是，贵金属在葡萄糖氧化过程中会吸附中间产物而使催化剂中毒，而且贵金属价格昂贵等因素，应用推广受到极大地限制。因此，开发廉价无酶测试的催化剂显得尤为重要。
[0005]此外，而且在电化学检测方法中，工作电极的设计对电化学性能的影响也有很大的作用。以往的电极制备方法(传统滴涂法，压片法)存在很大的弊端，极大的阻碍了催化材料本身的活性。传统方法虽然能很好的使催化材料粘合在工作电极上，但是它极大的破坏了催化材料自身的催化活性位点，粘合剂的使用阻碍了催化剂与电解液的相互作用，使得性能大打折扣。
[0006]如中国专利CN106290511A一种无酶葡萄糖电化学传感器的制备方法，该专利中利用传统滴涂法制备电极，电极制备过程繁琐复杂。如中国专利CN109507271A一种用于葡萄糖检测的GO/NiCO LDHs催化材料以及电化学传感器的制备方法，此专利也是利用传统滴涂法，但是在油墨制备的超声过程，强烈的超声波破坏其LDHs催化剂本身的形貌，而且添加的粘合剂Nafion(萘酚)是有机物，较易覆盖催化剂，影响其活性位点催化与葡萄糖响应的灵敏度。
[0007]鉴于此，特提出本申请。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种ZIF三维骨架电极及其制备方法，旨在使催化材料与导电基底紧密结合，并使催化响应更灵敏，活性更高。
[0009]本专利技术的另一目的在于提供上述ZIF三维骨架电极在葡萄糖无酶检测中的应用。
[0010]本专利技术的第三目的在于提供上述ZIF三维骨架电极在葡萄糖燃料电池中的应用。
[0011]本专利技术解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
[0012]本专利技术提出了一种ZIF三维骨架电极，其包括导电基底和在导电基底上原位生长出的ZIF骨架结构层，ZIF骨架结构层中的骨架材料为ZIF
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8、ZIF
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67和ZnCo
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ZIF中的至少一种。
[0013]本专利技术还提出一种ZIF三维骨架电极的制备方法，包括：以金属盐和2
‑
甲基咪唑为原料，采用溶剂热法在导电基底上原位生长形成ZIF骨架结构层；其中，金属盐为钴盐和锌盐中的至少一种。
[0014]本专利技术还提出上述ZIF三维骨架电极作为工作电极在葡萄糖无酶检测中的应用。
[0015]本专利技术还提出上述ZIF三维骨架电极在葡萄糖燃料电池中的应用。
[0016]本专利技术实施例提供一种ZIF三维骨架电极及其制备方法，其包括导电基底和在导电基底上原位生长出的ZIF骨架结构层，ZIF骨架结构层中的骨架材料可以为ZIF
‑
8、ZIF
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67和ZnCo
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ZIF中的至少一种。该三维骨架电极材料中催化剂并不是通过粘接剂与导电基底固定，催化材料与基底结合紧密不容易脱落，便于催化剂材料回收；该三维骨架电极材料不会影响催化材料自身的催化活性位点，使催化剂表现出高的比表面积和有序高效的电子转移，使得催化响应更灵敏，活性更高。该三维骨架电极材料可以在葡萄糖无酶检测以及葡萄糖燃料电池中得到应用，如可以制备形成葡萄糖无酶测试传感器，具有非常好的市场应用价值。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0018]图1是ZIF
‑
67三维骨架电极的XRD图；
[0019]图2是空白泡沫铜基底的SEM图；
[0020]图3是ZIF
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67三维骨架电极的SEM图；
[0021]图4是ZIF
‑
67三维骨架电极(ZIF
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67/CF NAs)的电化学阻抗谱图(EIS)；
[0022]图5是ZIF
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67三维骨架电极催化材料在0.1M KOH溶液与不同浓度的葡萄糖下的线性伏安响应曲线；
[0023]图6是ZIF
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67三维骨架电极在0.6V恒定电压下每隔100s的响应电流密度图；
[0024]图7是本专利技术制备的ZIF
‑
67三维骨架电极对不同浓度葡萄糖溶液的响应电流密度与葡萄糖浓度的线性拟合图。
具体实施方式
[0025]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0026]下面对本专利技术实施例提供的ZIF三维骨架电极、其制备方法和应用进行具体说明。
[0027]本专利技术实施例提供了一种ZIF三维骨架电极的制备方法，其通过在导电基底上进行原位生长形成ZIF
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8、ZIF
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67或ZnCo
‑
ZIF材料，具体包括如下步骤：
[0028]S1、导电基底预处理
[0029]导电基底在进行原位生长之后需要进行活化，以酸溶液处理形成刻蚀，为晶体生长提供条件。酸溶液处理是将导电基底浸泡在强酸溶液中，浸泡2
‑
5min，再进行清洗。通过短时间的浸泡可以将导电基底表面的油脂、氧化物等去除，还能够形成刻蚀，为晶体生长做好准备。
[0030]需要补充的是，若不进行预处理，则无法再导电基底上原位生长出ZIF骨架结构。
[0031]进一步地，强酸溶液选自浓硫酸溶液、浓盐酸溶液和浓硝酸溶液中的至少一种；强酸溶液的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种ZIF三维骨架电极，其特征在于，其包括导电基底和在所述导电基底上原位生长出的ZIF骨架结构层，所述ZIF骨架结构层中的骨架材料为ZIF
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8、ZIF
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67和ZnCo
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ZIF中的至少一种；优选地，所述ZIF骨架结构层的厚度为0.5
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1μm。2.一种权利要求1所述ZIF三维骨架电极的制备方法，其特征在于，包括：以金属盐和2
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甲基咪唑为原料，采用溶剂热法在导电基底上原位生长形成所述ZIF骨架结构层；其中，所述金属盐为钴盐和锌盐中的至少一种。3.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，包括：将金属盐、2
‑
甲基咪唑和有机溶剂混合形成反应液，将酸溶液处理过的导电基底浸泡至所述反应液中反应；优选地，反应温度为80
‑
120℃，反应时间为4
‑
120h；更优选地，反应温度为80
‑
90℃，反应时间为40
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50h。4.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述有机溶剂选自甲醇、乙醇和DMF中的至少一种。5.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述钴盐选自水合氯化钴、醋酸钴和硝酸钴中的至少一种；...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘平平，陈武峰，张晓平，
申请(专利权)人：昂星新型碳材料常州有限公司，
类型：发明
国别省市：