一种聚吡咯/铂纳米粒子复合材料的制备方法及其应用与流程

本发明涉及纳米复合材料的制备和应用，特别是涉及一种聚吡咯/铂纳米粒子复合材料的制备方法及其应用，具体为采用液-液界面聚合法一步制备聚吡咯/铂纳米粒子复合材料，并以此修饰电极用于构建h2o2无酶传感器。
背景技术：
：过氧化氢(h2o2)是生物体系中的一种重要化学物质，它严重影响细胞功能和新陈代谢，高浓度过氧化氢甚至会引起细胞死亡。许多酶能够催化底物产生过氧化氢，因此酶活性、酶底物浓度(葡萄糖、乳酸、谷氨酸和尿酸等)能够通过测定产生过氧化氢的量进行检测。另外在许多酶促反应、蛋白质积聚和抗原-抗体识别过程中也伴随着过氧化氢的生成或消耗。过氧化氢的检测在环境、食品以及其他领域也具有重要的意义，例如：过氧化氢在食品包装、食品纤维等方面用作消毒杀菌剂，由于其在食品行业广泛的应用，为有效降低安全风险，必须对过氧化氢的残留浓度进行有效监测。因此，迫切需要建立一种灵敏度高、快速有效的检测过氧化氢的方法。目前已经被实际应用的几种检测过氧化氢的方法有：化学发光法、分光光度法、荧光测定法和电化学法等。电化学方法因操作简单、灵敏度高、线性范围宽、快速而稳定的响应信号等优点而受到人们的青睐。但多数电化学方法为基于过氧化物酶的生物传感器，酶电极中的酶受外界环境的影响较大，不稳定且易失活，直接影响传感器的寿命和测定结果的准确性，在一定程度上制约了酶电极的使用。因此，构建性能优越的无酶h2o2生物传感器具有重要的现实意义。导电聚合物由于具有优良的导电性、较高的比表面积、易于制备和良好的生物相容性等特点近年来被广泛用于电化学生物传感器制备。在众多的导电聚合物中，聚吡咯(ppy)以其良好的环境稳定性、结构和性质可调等特点而备受关注。铂纳米粒子(ptnps)具有优越的电化学活性和催化特性，作为催化剂应用于电化学工程得到了广泛的认可。研究表明，聚吡咯/铂纳米粒子复合材料，能够发挥两种材料的协同作用，有效提高电子的转移速率，克服h2o2在裸电极上氧化还原过程缓慢的问题，从而在构建无酶型传感器方面有着极高的优势。cewang等人以fe3o4微球为模板，先氧化聚合吡咯制备了ppy/fe3o4杂化微球，然后在含有该ppy/fe3o4杂化微球的溶液中，以甲酸还原氯铂酸，并同步溶解fe3o4制备了pt/ppy杂化空心微球。由于纳米尺寸的铂催化粒子很好的分散在聚吡咯基体中，因此pt/ppy杂化空心微球对h2o2还原表现出了较高的催化活性，实现了h2o2的低浓度无酶检测。用此法制备的聚吡咯中铂纳米粒子的平均直径在4.1nm左右。zhanfangma等人以fecl3为氧化剂，聚乙烯醇为分散剂，氧化聚合制备了聚吡咯纳米颗粒，然后在含有聚吡咯纳米颗粒的分散水溶液中，微波加热下，用乙二醇还原k2ptcl6,制备了可用于h2o2无酶检测的聚吡咯/铂纳米粒子复合材料，其中pt纳米粒子的平均粒径为3nm。综合文献报道，目前用于h2o2无酶传感器的聚吡咯/铂纳米粒子复合材料的制备方法均涉及多步反应，过程繁琐复杂。技术实现要素：本发明就是针对上述存在的缺陷而提供一种聚吡咯/铂纳米粒子复合材料的制备方法及其应用，采用液-液界面聚合法一步制备聚吡咯/铂纳米粒子复合材料，并以此修饰电极构建h2o2无酶传感器。本发明在化学还原法还原铂的同时引发吡咯的聚合，一步完成，操作简单。制备所得的聚吡咯/铂纳米粒子复合材料中，铂纳米粒子均匀的分散在聚吡咯中，通过改变吡咯单体与h2ptcl6的摩尔比，可以有效控制复合材料中铂纳米粒子的含量，粒径均为2-4nm。所得聚吡咯/铂纳米粒子复合材料的电化学活性非常高,可以实现h2o2的高灵敏度检测，且稳定性和重现性好，抗干扰能力强。本发明的一种聚吡咯/铂纳米粒子复合材料的制备方法及其应用技术方案为，一种聚吡咯/铂纳米粒子复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将吡咯单体溶于chcl3中，作为底部有机层o；(2)将h2ptcl6和hclo4配置成水溶液，作为水相层w；(3)将步骤(2)中的水相层w溶液沿着甁壁轻轻倒入步骤(1)中的有机层o的上层，建立液/液界面体系；(4)静置反应,收集上层溶液，依次用乙醇、去离子水反复离心洗涤除去杂质,产物在40℃条件下真空干燥，即制得聚吡咯/铂纳米粒子复合材料。步骤(1)具体为，将70μl吡咯单体溶于5mlchcl3中，作为底部有机层o。所述制备方法的步骤(1)中吡咯溶液的浓度为0.2mol/l。步骤(2)具体为，将1ml～0.0625ml质量浓度为8％的h2ptcl6和0.08718ml质量浓度为69％的hclo4配置成5ml的水溶液，作为水相层w。步骤(2)配制出的水溶液，h2ptcl6的浓度为0.04mol/l–0.0024mol/l，hclo4的浓度为0.2mol/l。步骤(3)中，吡咯单体与氯铂酸的摩尔比为5～40：1。步骤(4)中，在0-5℃的条件下,静置反应12h。所述的一种聚吡咯/铂纳米粒子复合材料的制备方法在构建h2o2无酶传感器中的应用，按所述的方法制备聚吡咯/铂纳米粒子复合材料，并以该聚吡咯/铂纳米粒子复合材料修饰电极用于构建h2o2无酶传感器。所述的h2o2无酶传感器检测极限为1.8μm，线性范围：5μm到915μm。所述的应用，包括以下步骤：①取10mg聚吡咯/铂纳米粒子复合材料分散在1ml二甲基甲酰胺(dmf)中，超声分散1h,得到均匀分散的聚吡咯/铂纳米粒子-dmf溶液；聚吡咯/铂纳米粒子复合材料分散液的浓度为10mg/ml。②将5μl聚吡咯/铂纳米粒子-dmf溶液滴加到直径3mm玻碳电极表面，室温干燥24h后制得修饰电极；③将步骤②中制得修饰电极用于溶液中h2o2的电化学检测。本发明的有益效果为：(1)利用液-液界面聚合法，制备聚吡咯/铂纳米粒子复合材料，在化学还原法还原铂的同时引发吡咯的聚合，一步完成，操作简单。(2)制备所得的聚吡咯/铂纳米粒子复合材料中，铂纳米粒子均匀的分散在聚吡咯中，通过改变吡咯单体与h2ptcl6的摩尔比，可以有效控制复合材料中铂纳米粒子的含量，粒径均为2-4nm。(3)所得聚吡咯/铂纳米粒子复合材料的电化学活性非常高,可以实现h2o2的高灵敏度检测，且稳定性和重现性好，抗干扰能力强。附图说明：图1所示为本发明实施例1中所得的聚吡咯/铂纳米粒子复合材料的扫描电镜图片；图2所示为本发明实施例1中所得的聚吡咯/铂纳米粒子复合材料的透射电镜图片；图3所示为实施例1中所得的聚吡咯/铂纳米粒子复合材料的高分辨透射电镜图片；图4所示为实施例1中所得的聚吡咯/铂纳米粒子复合材料的红外光谱图；图5所示为实施例1中所得的聚吡咯/铂纳米粒子复合材料的电子能谱图；图6所示为吡咯单体：h2ptcl6摩尔比为10:1的聚吡咯/铂纳米粒子复合材料的透射电镜图片；图7所示为吡咯单体：h2ptcl6摩尔比为20:1的聚吡咯/铂纳米粒子复合材料的透射电镜图片；图8所示为吡咯单体：h2ptcl6摩尔比为40:1的聚吡咯/铂纳米粒子复合材料的透射电镜图片；图9所示为本发明的材料构建的h2o2传感器在-0.1v下检测h2o2的计时电流曲线，插图为前600s的放大图；图10为根据图5实验结果，h2o2还原电流与h2o2浓度之间的线性关系。图11所示为本发明的材料构建的h2o2传感器在-0.1v下检测浓度为50μm的h2o2和浓度均为0.5mm的抗坏血酸(aa)、葡萄糖(glucose)和柠檬酸(citricacid)的计时电流曲线。具体实施方式：为了更好地理解本发明，下面用具体实例来详细说明本发明的技术方案，但是本发明并不局限于此。实施例1(1)将70μl吡咯溶于5mlchcl3中，作为有机相o。(2)将1ml质量浓度为8％氯铂酸水溶液和0.08718ml质量浓度为69％的hclo4的氯铂酸水溶液配置成5ml的水溶液，作为水相层w。(3)将步骤(2)中的水相溶液w沿着甁壁轻轻倒入步骤(1)中的有机溶液o的上层，建立液/液界面体系；(4)在0-5℃的条件下,静置反应12h,收集上层溶液，依次用乙醇、去离子水反复离心洗涤除去杂质,产物在40℃条件下真空干燥，即制得本发明的聚吡咯/铂纳米粒子复合材料。此例中,吡咯单体与氯铂酸的投料比(摩尔比)为5:1。所制得聚吡咯/铂纳米粒子复合材料的扫描电镜图片和透射电镜图片分别见图1和图2。由图1和图2可见，聚吡咯/铂纳米粒子复合材料为100-200nm的无规则颗粒，其中铂纳米粒子均匀分布在聚吡咯中。高分辨透射电子显微镜图片(图3)显示，复合材料中铂纳米粒子为面心立方结构，粒径在2-4nm。红外光谱(图4)和电子能谱(图5)表征表明，复合材料为典型的聚吡咯，含有pt,c,n,o和cl元素，其中pt元素含量为12％。实施例2～4：改变制备过程中吡咯单体与氯铂酸的投料比，其它条件不变，制得不同pt含量的复合材料，见表1。所制得聚吡咯/铂纳米粒子复合材料的透射电镜结果见图6-8。由图可知，随着氯铂酸相对用量的减少，所得复合材料中铂纳米粒子的粒径无明显变化。表1实施例吡咯单体与氯铂酸的投料比复合材料中铂的含量210:19.6％320:16％440:13.2％实施例5h2o2无酶传感器的制备①取10mg聚吡咯/铂纳米粒子复合材料分散在1ml二甲基甲酰胺(dmf)中，超声分散1h,得到均匀分散的聚吡咯/铂纳米粒子-dmf溶液；聚吡咯/铂纳米粒子复合材料分散液的浓度为10mg/ml。②将5μl聚吡咯/铂纳米粒子-dmf溶液滴加到直径3mm玻碳电极表面，室温干燥24h后，制得h2o2生物传感器。实施例6对h2o2的检测将实施例5所制得电化学传感器置于ph＝7.4浓度为0.1m的磷酸盐缓冲溶液中，检测电位为-0.1v下，连续加入不同浓度的h2o2，得到安培响应的计时电流曲线，如图9所示。同时拟合得到h2o2浓度与电流的线性关系，如图10所示。从图10可以得出，由聚吡咯/铂纳米粒子复合材料制备的电化学传感器的检测极限为1.8μm(s/n＝3)，线性范围为5μm-915μm。h2o2的相应电流与浓度具有良好的线性关系，相关系数r＝0.9975，拟合方程为i(μa)＝1.8858+0.02343ch2o2,因此，本发明提供的电化学传感器可用于h2o2的定量检测。实施例7h2o2传感器的抗干扰、重现性和稳定性将实施例5所制备的电化学传感器置于0.1mph＝7.4磷酸盐缓冲溶液中，检测电位-0.1v下，连续加入50μm的h2o2、0.5mm的抗坏血酸、0.5mm的葡萄糖和0.5mm的柠檬酸，得到安培响应的计时电流曲线，如图11所示，只有在加入50μm的h2o2时才出现明显的响应电流，而加入0.5mm的抗坏血酸、葡萄糖和柠檬酸时不产生安培响应，表明该传感器具有良好的抗干扰性能；根据实施例5，制备5个平行的传感器,在0.1mph＝7.4的磷酸盐缓冲溶液中,检测电位-0.1v下,检测浓度为0.1mm的h2o2，相对标准偏差(r.s.d)为4.5％，表明该传感器具有良好的重现性；实施例5所制备的电化学传感器在含有0.1mmh2o2的0.1mph＝7.4磷酸盐缓冲溶液中,于-0.1v做计时电流测试，经过3600s后,发现安培响应仍能维持其初始响应电流的95％,表明该传感器具有良好的稳定性。当前第1页12