基于磁性纳米复合材料的电化学传感器的制备方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及传感器技术领域，具体地说，涉及一种基于磁性纳米复合材料的电化学传感器的制备方法。
【背景技术】
[0002]过氧化氢(H2O2)具有强氧化性，作为高效消毒灭菌剂和漂白剂，广泛应用于食品卫生、环保、纺织、化工等领域，但H2O2的过量残留对人体健康以及生态环境会造成严重危害，如氧化人体细胞从而加速衰老、使人体遗传物质发生变异或者基因突变;促使酸雨的形成，严重破坏植被;造成鱼虾死亡给水产养殖业造成严重损失等。因此对H2O2进行准确、快速、灵敏的检测显得尤为重要。
[0003]目前，测定H2O2的方法有分光光度法、化学发光法、荧光光度法、色谱法等。但由于这些方法存在灵敏度低、操作复杂、仪器分析方法费用较高，且难于进行现场监测等缺点，建立一种痕量H2O2的快速测定方法具有重要意义。电化学生物传感器因具有操作简单、灵敏度高、线性范围宽、快速而稳定的响应信号等优点，受到人们的广泛关注。在已有报道的电化学H2O2传感器中，大多数要利用辣根过氧化物酶(HRP)的高效催化功能。而酶是一种具有活性的蛋白质，价格昂贵且易变性失活，对保存、检测条件要求也较苛刻，使其实际应用价值受到限制。
[0004]纳米材料由于其独特的结构和形态，表现出良好的光电活性、磁性及催化性能。因此，近年来，利用纳米材料进行传感器研究已经引起了人的广泛兴趣。自2007年Fe3O4纳米颗粒被报道具有类过氧化物酶活性以来，铁氧化物磁性纳米材料在电化学传感研究领域中占据非常重要的地位。然而，未经修饰的尖晶型铁磁颗粒很容易团聚，极不稳定，它的应用也面临着巨大的挑战。石墨烯是一种只有一个碳原子厚度的二维材料，当把零维的铁磁纳米颗粒负载到石墨烯上，这种杂化的纳米结构不但可以保持他们原有的单一材料的性能，而且会展现出更好的协同作用。同时，将具有良好生物相容性和稳定性的贵金属与上述材料形成复合材料，构成一个友好的电化学传感界面，对于H2O2的快速、简便检测具有重要意义。
【发明内容】
[0005]为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种工艺简单的基于磁性纳米复合材料的电化学传感器的制备方法。该电化学传感器可用于检测过氧化氢，且具有响应速度快、灵敏度高、稳定性好、选择性号、检测线宽等特性。
[0006]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的。
[0007]—种基于磁性纳米复合材料的电化学传感器的制备方法，具体步骤如下:
(1)铁磁/石墨烯纳米复合材料的制备以氧化石墨烯、可溶性三价铁盐和二价铁磁性金属盐为原料，用一步原位法制备得到铁磁/石墨稀纳米复合材料;其中:所述二价铁磁性金属盐为Zn盐、Co盐、Ni盐、Mn盐或Cu盐；
(2)基于磁性纳米复合材料的电化学传感器的制备将铁磁/石墨稀纳米复合材料修饰到电极表面，利用电化学沉积法将贵金属沉积到复合材料表面，得到基于磁性纳米复合材料基的电化学传感器。
[0008]本发明中，所述贵金属为铀、金、钯、银及其合金材料中的一种或几种。
[0009]本发明中的基于磁性纳米复合材料的电化学传感器的制备方法，具体步骤如下:
(1)铁磁/石墨烯纳米复合材料的制备
首先将0.03-0.3 g氧化石墨烯加入到置有一缩二乙二醇溶剂的反应装置中，超声1-5h，使氧化石墨烯均匀分散于溶剂中；接着，向反应装置中加入0.12-1.2 g可溶性三价铁盐和二价铁磁性金属盐搅拌均匀，并在氮气保护下190-220°C加热搅拌0.5-2 h;最后，向混合物中迅速加入5-50 mL NaOH/DEG储备液，加完后在190-220°C温度下反应1-5 h，产物离心分离并洗涤，得到铁磁/石墨烯纳米复合材料;其中:所述二价铁磁性金属盐为Zn盐、Co盐、Ni盐、Mn盐或Cu盐；
(2)基于磁性纳米复合材料的电化学传感器的制备
取铁磁/石墨烯纳米复合材料加入到乙醇水溶液中超声震荡，得到分散均匀的铁磁/石墨烯纳米复合材料悬浮液;接着，将其滴加到预处理的电极上，室温真空干燥，得到铁磁/石墨稀纳米复合材料修饰电极;然后，以铁磁/石墨稀纳米复合材料修饰电极为工作电极，饱和甘汞电极SCE为参比电极，铂网电极为辅助电极，在含有KCl和贵金属前驱物的混合溶液中，控制-0.8-0.5 V电位范围内，采用循环伏安法扫描;结束后用超纯水冲洗，并自然干燥，得到贵金属/铁磁/石墨稀纳米复合材料修饰电极，即为基于磁性纳米复合材料的电化学传感器。
[0010]本发明中，步骤(I)中，可溶性三价铁盐选自Fe(NO3)3、FeCl3或Fe2(SO4)3中的一种或几种。
[0011]本发明中，步骤(I)中，二价铁磁性金属盐中，Zn盐选自ZnCl2、ZnSO4 ^ Zn (NO3) 2或Zn(CH3COO)2中任意一种；Co盐选自CoC12、CoS04、Co(N03)2或Co(CH3COO)2中任意一种；Ni盐选自NiCl2、NiS04、Ni(NO3)2或Ni(CH3COO)2中任意一种；Mn盐选自MnCl2、MnS04、Mn(N03)2或Mn(CH3COO) 2 中任意一种；Cu盐选自 CuC12、CuS04、Cu (NO3) 2或Cu (CH3COO) 2 中任意一种。
[0012]本发明中，步骤(I)中，NaOH/DEG储备液由下述步骤制备得到:将0.2_2g氢氧化钠NaOH加入到20-200 mL—缩二乙二醇DEG中，氮气保护下120-150 °(3加热搅拌1-2 h，然后冷却至60-80°C制成NaOH/DEG储备液;可溶性三价铁盐与二价铁磁性金属盐的摩尔比为2: I。
[0013]本发明中，步骤(2)中，乙醇水溶液体积比为1:2-2:1;铁磁/石墨烯纳米复合材料悬浮液中，铁磁/石墨稀纳米复合材料的质量体积比浓度为I _5mg/mL。
[0014]本发明中，步骤(2)中，混合溶液中，KCl的摩尔浓度为0.6-1.2mol/L，贵金属前驱物的摩尔浓度为0.5-1 mmol/L。
[0015]本发明中，步骤(2)中，所述的贵金属前驱物为氯金酸及其盐，氯铂酸及其盐，硝酸银以及氯钯酸钠中的一种。
[0016]本发明中，步骤(2)中，所述的电极为玻碳电极、金电极、石墨电极、金盘电极、ITO玻璃电极、丝网印刷碳电极或丝网印刷金膜电极中的任意一种。
[0017]与现有技术相比，本发明的有益效果在于:
本发明采用一步原位法合成尖晶型铁磁/石墨烯纳米复合材料，将该复合材料修饰到电极表面，再利用电化学沉积的方法将贵金属沉积到复合材料表面，形成新型磁性纳米复合材料。其中，石墨烯为磁性纳米颗粒和贵金属提供了良好的固定环境，贵金属提高了传感器的催化性能和稳定性，形成了完美的整体结构，这种结构是一种导电网络，可以缩短电子和离子运输的途径，提高电子传递速度。因此，构建的电化学传感器具有响应速度快、灵敏度高、稳定性好、选择性好、检测线宽的特性，能对H2O2进行准确，方便的定性、定量检测。
【附图说明】
[0018]图1为实施例2制得的Pt/Fe304/rG0新型纳米复合材料的扫描电镜(SEM)照片。
[0019]图2为实施例2制得的Pt/Fe304/rG0新型纳米复合材料的X射线能谱(EDS)图谱。
[0020]图3为实施例2制得的Pt/Fe304/rG0新型纳米复合材料修饰电极对不同浓度H2O2的定性检测图。
[0021]图4为实施例2制得的？七^^304/冗0新型纳米复合材料修饰电极在0.1 mol/L PBS(pH=7.4 )溶液中连续加入H2O2的计时电流相应曲线。
[0022]图5为实施例12中响应电流与H2O2浓度的校正曲线。
[0023]图6为实施例2制得的Pt/Fe304/rG0新型纳米复合材料修饰电极的选择性测试结果O
[0024]图7为实施例2制得的Pt/Fe304/rG0新型纳米复合材料修饰电极的长期稳定性测试结果。
【具体实施方式】
[0025]以下提供本发明一种基于新型磁性纳米复合材料的电化学传感器的制备的【具体实施方式】。
[0026]实施例1 Fe3OJrGO纳米复合材料的制备
(I)氧化石墨烯的制备
使用改进的Hmimers方法制备氧化石墨稀，具体方法如下:首先，称取0.75g石墨粉加入到250mL圆底烧瓶中，接着向其中加入10mL硫酸/磷酸混合液体(体积比:9:1);磁力搅拌均匀后，缓慢加入4.5g高锰酸钾；随后，混合物于50°C加热搅拌12h;待预氧化产物冷却至室温后，缓慢加入300mL去离子水，在搅拌条件下逐滴加入3mL 30%过氧化氢中和未反应的高锰酸钾;放置半天使其沉降，倾去上层清液后，高速离心机离心沉淀;最后用去离子水和5%过氧化氢洗涤沉淀至中性。
[0027](2)将0.2g氢氧化钠(NaOH)加入到20mL—缩二乙二醇(DEG)中，氮气保护下120-150 °(3加热搅拌l_2h，然后冷却至70 °C制成NaOH/DEG储备液；
(3)将0.03g氧化石墨烯加入到盛有20mL—缩二乙二醇溶剂的反应装置中，超声lh，使氧化石墨烯均匀分散于溶剂中；
(4)再向反应装置中加入0.12gFeCl3，混合物氮气保护下190-220 °(3加热搅拌Ih;
(5)将5mLNaOH/DEG储备液迅速加入到上述混合物中，在190-220°C加热反应lh，产物离心分离并洗涤后，得到Fe3OVrGO纳米复合材料。
[0028]实施例2Pt/Fe304/rG0新型纳米复合材料修饰电极的制备
(I)玻碳电极的预处理
将玻碳电极用去离子水清洗3-5次，用氧化铝抛光粉打磨使表面光滑，所述氧化铝的粒径依次为I Μ1、0.3 μπι，50 nm，再分别用硝酸以及超纯水对电极表面进行超声清洗。然后以新制备的I mol/L H2SO4为底液，用循环伏安法扫描15圈，电压范围为-0.25V-1.25V，扫描速度为0.05V/s，经处理后的电极干燥后用超纯水洗涤后干燥待用。
[0029](2 )Fe 3Ο4/rGO纳米复合材料修饰电极的制备
取I mg实施例1中所制备的Fe3OVrGO纳米复合材料加入到1:1的乙醇水溶液中超声震荡30-90 min，得到分散均匀的Fe3OVrGO纳米复合材料悬浮液。然后取10-20 yL分散悬浮液滴加到预处理的电极上，室温真空干燥24-48 h，得到Fe304/rG0纳米复合材料修饰电极；
(3 )基于新型磁性纳米复合材料的传感器的制备
图1为实施例2制得的PVFe3OVrGO新型纳米复合材料的扫描电镜(SEM)照片。
[0030]图2为实施例2制得的Pt/Fe304/rG0新型纳米复合材料的X射线能谱(EDS)图谱。
[0031]以Fe3OVrGO纳米复合材料修饰电极为工作电极，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极，铂网电极为辅助电极，在0.1 mol/L KCl和0.5