用“一锅法”制备银纳米粒子-石墨烯复合材料:称取十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)0.06g溶解在12mL水中。将CTAB水溶液与50mL 1.0mg.mL 1氧化石墨烯分散液混合超声lh，得到CTAB功能化的氧化石墨烯(CTAB-GO)，备用。再将3 %氨水滴入硝酸银水溶液中，直到产生的白色沉淀消失，制得银氨溶液。接着将银氨溶液滴入CTAB-GO中，在N2保护下充分搅拌2h。最后在600rpm搅拌下加入硼氢化钠水溶液，在80°C下反应12h，使银离子与氧化石墨稀一起还原，制得银纳米粒子-石墨稀复合材料。产物用0.22 μ m微孔滤膜过滤，水洗4次，低压冷冻干燥，备用。
[0017]c.制备孔状石墨烯
将制得的银纳米粒子-石墨烯复合材料超声分散在水中，加入硝酸溶液，在室温下搅拌4天，除去银纳米粒子。最终产物用0.22 μ m微孔滤膜过滤，水洗4次，低压冷冻干燥，备用。
[0018]d.玻碳电极预处理
玻碳电极依次用0.30 μπι、0.05 μm的三氧化二铝悬浊液抛光成镜面，再依次经体积分数为95 %的乙醇、二次蒸馏水超声清洗后，得到处理后的玻碳电极；插入含有1.0mM铁氰化钾探针分子的0.1M氯化钾电解质溶液中，并采用以玻碳电极为工作电极、铂柱为对电极、饱和甘汞电极为参比电极的三电极体系进行循环伏安扫描，对裸玻碳电极进行表征；再将电极取出用二次蒸馏水冲洗并吹干，备用。
[0019]e.制备孔状石墨烯-辣根过氧化酶修饰电极
将c步骤的孔状石墨烯(PGN)滴涂在上述处理好的玻碳电极(GCE)上，室温下干燥制得PGN/GCE修饰电极；再将辣根过氧化酶(HRP)滴涂在PGN/GCE上，室温下干燥制得HRP/PGN/GCE修饰电极。
[0020]为了说明孔状石墨烯(PGN)的特性，下面通过图1-图3进行描述:
图1为本发明不同材料的透射电镜图(TEM)。其中，A:银纳米粒子-石墨烯复合材料；B:孔状石墨烯材料。从图A中可以看出通过“一锅法”合成银纳米粒子-石墨烯复合材料后，尺寸约在10-30nm的球形银纳米粒子嵌入在石墨烯的片层上。当银纳米粒子被酸除去后，从图B中可以看出在石墨烯片层上出现了 10-30nm的孔，表明孔状石墨烯由银纳米粒子刻蚀制得。
[0021]图2为氧化石墨烯(GO)与孔状石墨烯(PGN)的拉曼光谱图。其中1348cm1处的D峰和1598cm 1处的G峰是碳材料标志性的峰。D峰对应于石墨稀上缺陷处的sp 3杂化碳原子，而G峰对应于石墨烯上Sp2杂化的平面碳原子。在石墨烯片层上引入孔的另一个证据就是拉曼光谱中D峰与G峰的强度比(VU。从图中可以看出孔状石墨烯的ID/Ie明显大于氧化石墨烯的。说明由于孔的引入，孔状石墨烯上的缺陷比氧化石墨烯上的多，从另一方面反映了孔状石墨烯已成功制备。
[0022]图3为不同修饰(玻碳)电极在0.2M PBS (pH=7.0)中的循环伏安曲线。其中，a:裸电极；b:银纳米粒子-石墨稀修饰电极；c:孔状石墨稀修饰电极。从图3.b中可以看到银纳米粒子-石墨稀复合材料修饰电极在0.43V处出现了一个尖的氧化峰，在0.14V处出现了一个还原峰，它们对应于银纳米粒子的氧化和银离子的还原，说明银纳米粒子-石墨烯复合材料成功制备。当用孔状石墨烯修饰电极在同样的溶液中扫描时，发现银的氧化还原峰消失(图3.C)，说明银纳米粒子已被酸除去。此外，孔状石墨烯修饰电极(图3.c)与裸电极(图3.a)相比，其背景电流增大，表明孔状石墨烯已成功修饰在电极上。
[0023]孔状石墨烯-辣根过氧化酶修饰玻碳电极对H2O2的检测:
在电化学工作站的技术选项中选择循环伏安技术，将电位窗设置为-0.8V-0.2V。采用步骤e所得到的孔状石墨烯-辣根过氧化酶修饰玻碳电极为工作电极、铂柱为对电极、饱和甘汞电极为参比电极，组成三电极体系，并将其共同浸入含有1.0mM比02的N2饱和的0.2MpH=7.0的磷酸盐缓冲溶液(PBS)中进行循环伏安扫描，得到HRP/PGN/GCE修饰电极对H2O2的循环伏安曲线。
[0024]图4为不同修饰(玻碳)电极在含有1.0mM的H2O2的N 2饱和的0.2M PBS (pH=7.0)中的循环伏安曲线。其中，a:裸电极；b:孔状石墨烯修饰电极；c:辣根过氧化酶-孔状石墨稀修饰电极。由图可得:H202在裸电极上的还原峰出现在-0.64V处(图4.a)，这个峰对应于H2O2还原为H 20。当孔状石墨烯修饰在电极上后(图4.b)，峰电位发生了明显的正移，这是由于石墨烯上的孔状结构缩短了传质路径，提高了传质速率。当辣根过氧化酶负载到孔状石墨烯上后(图4.C)，与裸电极(图4.a)相比，峰电位也发生了正移，说明辣根过氧化酶催化了 H2O2的还原反应。再者，将其与裸的玻碳电极(图4.a)、孔状石墨烯修饰电极(图4.b )相比，H2O2在辣根过氧化酶-孔状石墨烯修饰电极上的还原峰电流有明显的增大，这表明辣根过氧化酶-孔状石墨烯修饰电极对H2O2的还原有明显的电催化作用，这主要是由于孔状石墨烯大的比表面积和良好的吸附性能提高了酶的负载量，促进了电子的传递，从而提高了传感器的响应信号。
【主权项】
1.一种孔状石墨烯-辣根过氧化酶修饰玻碳电极的制备方法，其步骤为: a.制备氧化石墨烯 用修正的Hmnmers法制备氧化石墨稀:首先量取浓硫酸，冰水浴冷却至_4 °C，搅拌条件下，依序缓慢加入石墨粉、硝酸钠和高锰酸钾，控制反应温度在8°C?12°C，搅拌反应2h ;然后将混合液移入三口烧瓶，在30°C下继续搅拌30min，得到糊状物；保持搅拌不变，在糊状物中连续加入去离子水，升温至98°C，反应30min后，在搅拌下滴加30 % H2O2直至无气泡冒出，产物由棕褐色变为亮黄色；离心分离产物，分别用5 %盐酸和蒸馏水离心洗涤产物，得氧化石墨；将制得的氧化石墨超声剥离，离心除去下层未剥离的氧化石墨，得到上层混合液即为氧化石墨烯；最后用0.22 μ m微孔滤膜过滤，水洗4次，低压冷冻干燥，将干燥后的氧化石墨稀配成1.0mg.mL 1的分散液，待用； b.制备银纳米粒子-石墨稀复合材料 用“一锅法”制备银纳米粒子-石墨烯复合材料:称取十六烷基三甲基溴化铵溶解在水中，将十六烷基三甲基溴化铵水溶液与氧化石墨烯分散液混合超声lh，得到十六烷基三甲基溴化铵功能化的氧化石墨烯，备用；再将3 %氨水滴入硝酸银水溶液中，直到产生的白色沉淀消失，制得银氨溶液；接着将银氨溶液滴入十六烷基三甲基溴化铵功能化的氧化石墨烯中，在队保护下充分搅拌2h，最后在搅拌下加入硼氢化钠水溶液，在80°C下反应12h，使银离子与氧化石墨稀一起还原，制得银纳米粒子-石墨稀复合材料； 产物用0.22 μ m微孔滤膜过滤，水洗4次，低压冷冻干燥，备用； c.制备孔状石墨稀 将制得的银纳米粒子-石墨烯复合材料超声分散在水中，加入硝酸溶液，在室温下搅拌4天，除去银纳米粒子； 最终产物用0.22 μ m微孔滤膜过滤，水洗4次，低压冷冻干燥，制得孔状石墨烯，备用； d.玻碳电极预处理 玻碳电极依次用0.30 μπι、0.05 μm的三氧化二铝悬浊液抛光成镜面，再依次经体积分数为95 %的乙醇、二次蒸馏水超声清洗后，得到处理后的玻碳电极；插入含有1.0mM铁氰化钾探针分子的0.1M氯化钾电解质溶液中，并采用以玻碳电极为工作电极、铂柱为对电极、饱和甘汞电极为参比电极的三电极体系进行循环伏安扫描，对裸玻碳电极进行表征；再将电极取出用二次蒸馏水冲洗并吹干，备用； e.制备孔状石墨稀-辣根过氧化酶修饰电极 将c步骤得到的孔状石墨烯滴涂在上述处理好的玻碳电极上，室温下干燥制得孔状石墨稀修饰玻碳电极；再将辣根过氧化酶滴涂在孔状石墨稀修饰玻碳电极上，室温下干燥制得孔状石墨烯-辣根过氧化酶修饰玻碳电极； f.采用步骤e所得到的孔状石墨烯-辣根过氧化酶修饰玻碳电极为工作电极、铂柱为对电极、饱和甘汞电极为参比电极，组成三电极体系，并将其共同浸入含有1.0mM H2O2的N2饱和的0.2M pH=7.0的磷酸盐缓冲溶液中进行循环伏安扫描，得到HRP/PGN/GCE修饰电极对H2O2的循环伏安曲线； g.采用origin软件作图，绘制不同修饰电极在含有LOmM比02的N2饱和的0.2MpH=7.0的磷酸盐缓冲溶液中对H2O2的循环伏安图。
【专利摘要】本发明提供了一种孔状石墨烯-辣根过氧化酶修饰玻碳电极的制备方法。该方法首次采用银纳米粒子刻蚀石墨烯制得孔状石墨烯，并将其作为基质负载辣根过氧化酶来修饰玻碳电极。首先，用“一锅法”制得银纳米粒子-石墨烯复合材料，然后用硝酸除去银纳米粒子，即得到孔状石墨烯。再将辣根过氧化酶固定在孔状石墨烯上制成修饰电极，用循环伏安法对H2O2进行检测。本发明提供的制备孔状石墨烯的方法简单、易操作，且孔状石墨烯具有良好的化学惰性和生物相容性。此方法制得的孔状石墨烯-辣根过氧化酶修饰电极对H2O2的还原具有很好的电催化活性。
【IPC分类】G01N27/327
【公开号】CN105044186
【申请号】CN201510298766
【发明人】刘秀辉, 刘一丹, 李琳, 卢娟娟, 卢小泉
【申请人】西北师范大学
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年6月3日