CN113252617A - 一种具有光电共催化特性h-BN/Au-Pt网状纳米结构的葡萄糖传感器、制备及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有光电共催化特性h‑BN/Au‑Pt网状纳米结构的葡萄糖传感器、制备及应用。本发明制备包括步骤：将h‑BN分散液、乙醇和K2PtCl4水溶液充分混合分散均匀，经激光辐照、离心、干燥得h‑BN/Pt纳米复合材料；将h‑BN/Pt纳米复合材料分散于去离子水中，缓慢滴加HAuCl4水溶液，充分反应，然后经离心、干燥得到h‑BN/Au‑Pt纳米复合材料；将h‑BN/Au‑Pt纳米复合材料分散于溶剂中得h‑BN/Au‑Pt分散液；将h‑BN/Au‑Pt分散液滴在导电基底上，经干燥、退火即得。本发明制备方法简便、绿色、高效、成本较低；所制备的h‑BN/Au‑Pt网状纳米材料尺寸较小，所得传感器对葡萄糖的检测下限低，对葡萄糖低浓度检测表现出优异的灵敏性，选择性和稳定性。

Description

一种具有光电共催化特性h-BN/Au-Pt网状纳米结构的葡萄糖 传感器、制备及应用
技术领域
本发明涉及一种具有光电共催化特性h-BN/Au-Pt网状纳米结构的葡萄糖传感器、制备及应用，属于新型纳米材料的制备及应用领域。
背景技术
1747年，德国化学家马格拉夫首次分离出葡萄糖，作为自然界中分布最广泛的单糖， 葡萄糖是生物体内新陈代谢不可或缺的营养物质，它的氧化反应放出的热量是人类生命 活动所需能量的重要来源。同时，人体血液中的化学组分是评价人体健康程度的重要参数，其中的血糖水平也是衡量人体新陈代谢能力与糖尿病临床诊断的重要指标。对于快速、准确检测体内血糖水平，这是糖尿病患者迫切的需求。
自1962年第一支酶电极诞生以来，众多研究人员致力于研究迅速、灵敏、低成本以及可重复使用的葡萄糖传感器。一些金属电极在没有酶存在的情况下依旧会对糖产生电化学氧化，随着新材料的不断涌现，无酶传感器的研制已经接近于实际应用，进入纳 米时代进一步加速了这一进程。Song利用SiO2模板制备出高度有序的介孔铂材料，其 开放式的三维孔结构很大程度上提高了电子传输速度，同时将铂电极隐藏的活性挖掘出 来，增强了介孔铂的抗中毒能力；将其应用于无酶葡萄糖生物传感器上，可直接检测葡 萄糖，具有很高的灵敏性。但制备过程较复杂，过程中会用到化学试剂HF溶液，存在 一定的安全隐患。中国专利文献CN111505078A公开了一种Ni/Au复合纳米线阵列无酶 葡萄糖传感器电极及其制备方法。将阳极氧化铝模板进行导电处理；在阳极氧化铝导电 模板内进行Au沉积，然后再进行Ni沉积；去除沉积了Au和Ni的阳极氧化铝导电模 板，得到Ni/Au复合纳米线阵列；将Ni/Au复合纳米线阵列一端粘到修饰电极上，进行 电位环扫直至循环伏安图稳定，即得到无酶葡萄糖传感器电极。该无酶葡萄糖传感器电 极采用电沉积法将具有不同电负性的贵金属元素及非贵金属元素构建为双层的纳米线 结构，明显提高了电极电流；但检测下限较高，无法有效实现低浓度葡萄糖的检测，且 该发明方法耗费时间长，成本较高。又如，中国专利文献CN104777203A公开了一种 Pt-Ni合金纳米管阵列电极的制备方法及在无酶葡萄糖传感器的应用。将多孔模板的其 中一面喷金处理，多孔模板包括AAO模板和PC模板通过导电银胶固定在电极表面， 使用绝缘橡胶封住模板周围；在多孔模板内电沉积制备Ni纳米线，然后去除模板得到 Ni纳米线阵列电极，采用电流置换法制备Pt-Ni合金纳米管阵列电极，前驱体溶液为氯 铂酸或氯铂酸钾。该发明制备的无酶传感器对葡萄糖的线性响应范围为1-9Mm，检测灵 敏度为57.87μAmM-1；但检测下限较高，同样无法有效实现低浓度葡萄糖的检测。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种具有光电共催化特性h-BN/Au-Pt网状纳米结构的葡萄糖传感器、制备及应用。本发明制备方法简便、绿色、高效、成本较低；所 制备的h-BN/Au-Pt网状纳米材料尺寸较小，所得传感器对葡萄糖的检测下限低，对葡 萄糖低浓度检测表现出优异的灵敏性，选择性和稳定性。
本发明的技术方案如下：
一种具有光电共催化特性h-BN/Au-Pt网状纳米结构的葡萄糖传感器，所述葡萄糖传感器由导电基底以及负载在导电基底上的h-BN/Au-Pt网状纳米材料组成。
根据本发明优选的，所述导电基底为FTO基底。
根据本发明优选的，所述h-BN/Au-Pt网状纳米材料是Au-Pt合金纳米网状结构负载 在h-BN纳米片状材料上。
根据本发明优选的，h-BN/AuPt网状纳米材料在1×1cm导电基底上的负载量为0.025mg。
上述具有光电共催化特性h-BN/Au-Pt网状纳米结构的葡萄糖传感器的制备方法，包括步骤：
(1)将h-BN分散液、乙醇和K2PtCl4水溶液充分混合分散均匀，经激光辐照、离 心、干燥得h-BN/Pt纳米复合材料；
(2)将h-BN/Pt纳米复合材料分散于去离子水中，缓慢滴加HAuCl4水溶液，充分 反应，然后经离心、干燥得到h-BN/Au-Pt纳米复合材料；
(3)将h-BN/Au-Pt纳米复合材料分散于溶剂中得h-BN/Au-Pt分散液；将 h-BN/Au-Pt分散液滴在导电基底上，经干燥、退火即得具有光电共催化特性h-BN/Au-Pt 网状纳米结构的葡萄糖传感器。
根据本发明优选的，步骤(1)中，所述h-BN分散液是将h-BN粉末充分分散到去 离子水中形成的胶体溶液；所述h-BN粉末的质量和去离子水的体积比为0.1-1g/L，优 选为0.5g/L。
根据本发明优选的，步骤(1)中，h-BN分散液、乙醇以及K2PtCl4水溶液的体积 比为7-9：1-3：1，优选为8:2:1。
根据本发明优选的，步骤(1)中，K2PtCl4水溶液的浓度为0.01-0.03mol/L，优选 为0.015mol/L。
根据本发明优选的，步骤(1)中，所述激光辐照波长为375nm、脉宽为10ns，频 率为10HZ，功率为370mW；所述激光辐照时间为50-90分钟，优选为60分钟。
根据本发明优选的，步骤(1)中离心转速为4000-5000rpm，优选为4500rpm；时 间为5-15分钟，优选为10分钟。
根据本发明优选的，步骤(2)中HAuCl4水溶液的浓度为0.1-0.5mmol/L，优选为0.25mmol/L。
根据本发明优选的，步骤(2)中，h-BN/Pt纳米复合材料的质量和去离子水的体积比为0.002-0.008g/mL，优选为0.005g/mL。
根据本发明优选的，步骤(2)中，h-BN/Pt纳米复合材料和HAuCl4的质量比为 20-120:1，优选为35-45:1，进一步优选为40:1。
根据本发明优选的，步骤(2)中，HAuCl4水溶液的滴加速率为 0.01mL/min-0.03mL/min，优选为0.02mL/min。
据本本发明优选的，步骤(2)中，反应温度为15-25摄氏度，优选为20摄氏度； 反应时间为5-15分钟，优选为10分钟。
根据本发明优选的，步骤(2)中，离心转速为3000-5000rpm，优选为4000rpm。
根据本发明优选的，步骤(3)中，所述溶剂为去离子水与乙醇的混合液，所述去 离子水与乙醇的体积比为4-6：1，优选为5：1。
根据本发明优选的，步骤(3)中，h-BN/Au-Pt纳米复合材料的质量和溶剂的体积比为0.5-1mg/mL，优选为0.83mg/mL。
根据本发明优选的，步骤(3)中，所述干燥温度为40-60摄氏度，优选为50摄氏 度；时间为10-30分钟，优选为20分钟。
根据本发明优选的，步骤(3)中，所述退火氛围为惰性气氛，退火温度为150-250摄氏度，退火时间为1-3小时。优选的，所述退火氛围为氩气，退火温度为200摄氏度， 退火时间为2小时。
上述具有光电共催化特性h-BN/Au-Pt网状纳米结构的葡萄糖传感器的应用，应用于葡萄糖的检测。
本发明的技术特点及有益效果如下：
1.本发明将二维h-BN纳米片载体在乙醇和K2PtCl4水溶液中经激光辐照，实现了Pt在二维h-BN纳米片载体上的负载生长，Pt纳米团簇生长并嵌入到2D h-BN纳米片中。 在Pt的成核过程中，375nm对应的光子能量可以被h-BN纳米片有效吸收，从而产生大 量的电子-空穴对；溶液中的乙醇作为空穴的消耗剂，抑制光生电子-空穴对的复合；同 时，光生电子作为一种有效的还原剂还原Pt2+离子，并促进其成核；从而有效实现了Pt 纳米团簇在2Dh-BN纳米片上的负载。本发明利用激光诱导光化学方法在纳米片状材料 有效负载金属，制备方法简单、可控、绿色环保、高效、成本较低。
2.本发明将h-BN/Pt复合材料溶于去离子水中，取HAuCl4水溶液缓慢滴入 h-BN/Pt溶液。其中h-BN/Pt纳米复合材料可作为前驱体，通过过度生长Pt/Au杂化结构 进一步修饰h-BN/Pt纳米载体，h-BN负载生长的Pt颗粒表面发生自发的电置换反应， 形成BN/Pt-Au复合材料。最终h-BN纳米片上的纳米团簇随机粘结；在团簇的中心有一 个Pt核，最终形成Pt核与Au-Pt合金壳构成的核壳结构。
3.本发明的h-BN/Au-Pt纳米复合材料中，Pt作为核、Au-Pt合金作为壳的纳米团簇负载在h-BN纳米片上。将h-BN/Au-Pt纳米复合材料负载在导电基底上，经退火后惊奇 的发现，h-BN/Au-Pt纳米复合材料的形貌发生了明显的改变，Au-Pt纳米粒子经退火后 相互连通，在二维平面h-BN纳米片上形成了连通的网状结构，颗粒连接处出现尖角， Pt纳米芯消失，在h-BN载体上形成了Au-Pt合金结构的纳米网。
4.本发明制备的葡萄糖传感器由于其中的h-BN/Au-Pt网状纳米材料具有较大的比 表面积，因此更利于实现低浓度葡萄糖的检测；本发明所得葡萄糖传感器能够充分发挥铂和金的协同效应，并且Au-Pt具有嵌于二维材料的网状电子传输通道的电子耦合，从 而更好地进行低浓度葡萄糖检测。本发明制备得到的葡萄糖传感器，对于葡萄糖分子的 检测极限为0.406nM，检测下限低，对葡萄糖低浓度检测表现出优异的灵敏性，选择性 和稳定性，在生物医学方面具有重要的应用价值。
附图说明
图1是实施例1步骤(1)中原始h-BN粉末的高倍放大的TEM图谱；
图2是实施例1步骤(1)中制备得到的h-BN/Pt纳米复合材料的TEM图谱；
图3是实施例1步骤(2)中制备得到的h-BN/Au-Pt纳米复合材料的高倍TEM图 谱；
图4是实施例1步骤(3)中制备得到的葡萄糖传感器中h-BN/Au-Pt纳米网状材料的EDS能谱图；
图5是实施例1步骤(3)中制备得到的葡萄糖传感器中h-BN/Au-Pt纳米网状材料的TEM图谱；
图6是实施例1步骤(3)中制备得到的葡萄糖传感器中h-BN/Au-Pt纳米网状材料的元素分析图谱；
图7是试验例1中，实施例1方法所得葡萄糖传感器在不同葡萄糖浓度下的DPV 曲线；
图8是试验例2中，实施例1方法所得葡萄糖传感器在不同光激发以及黑暗条件下下，不同浓度葡萄糖中的电流响应图；
图9是图8对应的葡萄糖传感器在黑暗条件和不同波长光激发下的校准曲线；
图10是图9中校准曲线对应的线性回归方程；
图11(a)是试验例2中，实施例1方法所得葡萄糖传感器在808nm近红外光激发 下，不同浓度葡萄糖中的电流响应图；(b)是图11(a)对应的线性回归方程；
图12是试验例2中，实施例1方法所得葡萄糖传感器在空白溶液(即不含葡萄糖 的0.1mol/L的磷酸盐缓冲溶液)中，808nm近红外激光辐照下得到的i-t曲线。
图13是试验例3中，对比例以及实施例1所得葡萄糖传感器中的h-BN/Au-Pt纳米网状材料的紫外-可见吸收光谱。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。
同时下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料， 均可从商业途径获得。
纯净h-BN纳米片和HAuCl4上海阿拉丁化学有限公司有售。
K2PtCl4、葡萄糖以及其它化学试剂上海麦克林生化科技有限公司有售。
实施例1
一种具有光电共催化特性h-BN/Au-Pt网状纳米结构的葡萄糖传感器的制备方法，包括步骤如下：
(1)在室温环境下，将0.05g纯净的h-BN粉末缓慢分散于100mL去离子水中， 超声分散10分钟，形成均匀分散的胶体溶液。随后，取出4mL h-BN胶体溶液，与1mL 乙醇以及500μL0.015mol/L的K2PtCl4水溶液混合并充分搅拌，超声分散10秒，得混合 溶液。利用波长375nm、脉宽10ns、频率10HZ、激光功率370mW的激光辐照混合溶 液60分钟。辐照结束后，经4500rpm离心10分钟、取沉淀干燥得h-BN/Pt纳米复合材 料。
(2)取0.02g步骤(1)得到的h-BN/Pt纳米复合材料分散于4mL去离子水中，作 为Au生长的载体。将混合液静置10分钟后，分散均匀，取HAuCl4水溶液(6mL， 0.25mmol/L)，使用注射泵以0.02mL/min滴加速率缓慢滴至混合液中。在20摄氏度下 充分反应10分钟后，4000rpm离心、干燥得到h-BN/Au-Pt纳米复合材料。经元素分析 测试，h-BN/Au-Pt纳米复合材料中Au/Pt摩尔比为5/9。
(3)取步骤(2)制备得到的h-BN/Au-Pt纳米复合材料0.05mg，分散于50μL的 去离子水与10μL乙醇配置的混合溶液中，超声震荡10秒钟。取30μL的样品悬浮液滴 在1﹡1厘米的FTO基底上，在50摄氏度环境中干燥20分钟。所得FTO基底上的电极 材料，氩气环境中，在200摄氏度退火温度下退火2小时，即可得到具有光电共催化特 性h-BN/Au-Pt网状纳米结构的葡萄糖传感器。
本实施例步骤(1)中原始h-BN粉末的高倍放大的TEM图谱如图1所示。如图显 示，具有较大表面积的二维h-BN载体，大部分为几百纳米的椭圆形薄片。
本实施例步骤(1)中制备得到的h-BN/Pt纳米复合材料的TEM图谱如图2所示。 将二维h-BN纳米载体在K2PtCl4水溶液和乙醇中经375nm激光辐照60分钟，实现了 Pt的负载生长。如图2所示，通过TEM对纳米结构进行了表征，可以看到大量的Pt纳 米团簇均匀的装饰在h-BN纳米片的表面，边缘的结构细节也清楚地揭示了Pt纳米团簇 确实是生长并嵌入到2D h-BN纳米片中。实际上，在Pt的成核过程中，375nm对应的 光子能量可以被h-BN纳米片有效吸收，从而产生大量的电子-空穴对。溶液中的乙醇作 为空穴的消耗剂，抑制光生电子-空穴对的复合。同时，光生电子作为一种有效的还原 剂还原Pt2+离子，并促进其成核。h-BN/Pt纳米复合材料可作为前驱体，通过生长Pt/Au 杂化结构进一步修饰h-BN/Pt纳米载体。
本实施例步骤(2)中制备得到的h-BN/Au-Pt纳米复合材料高倍TEM图像如图3 所示，从图中可以看到h-BN/Au-Pt的形貌和结构特征。图3(a)中的低倍率TEM图像 显示，二维h-BN纳米片上的纳米团簇随机粘接，平均横向直径约为10nm。在图3(b) 中，显示了较暗的对比光图像，很明显能够看到在团簇的中心有一个大约2-3nm的Pt 核，最终形成Pt核与Au-Pt合金壳构成的核壳结构。
本实施例步骤(3)制备得到的葡萄糖传感器中，h-BN/Au-Pt纳米网状材料的EDS能谱如图4所示，其中Pt摩尔含量为5.5％，Au摩尔含量为3.1％，Pt、Au原子比为9： 5。
本实施例步骤(3)制备得到的葡萄糖传感器中，h-BN/Au-Pt纳米网状材料的TEM图像如图5所示。有趣的是，在200摄氏度退火2小时后，h-BN/Au-Pt纳米复合材料的 形貌发生了明显的改变，如图5(a)所示。Pt/Au纳米粒子经退火后相互连通，在二维 平面h-BN纳米片上形成了连通的网状结构。如图所示，颗粒连接处出现尖角，Pt纳米 芯消失，在h-BN载体上形成了Au-Pt合金结构的纳米网。
本实施例步骤(3)制备得到的葡萄糖传感器中，h-BN/Au-Pt纳米网状材料直观的元素分析图谱如图6所示，很明显Au和Pt在Pt/Au纳米网中分布相当均匀，表明了它 们的双金属性质。
实施例2
一种具有光电共催化特性h-BN/Au-Pt网状纳米结构的葡萄糖传感器的制备方法，如实施例1所述，所不同的是，步骤(1)激光辐照时间为1.5小时；其它步骤和条件与 实施例1一致。
实施例3-6
一种具有光电共催化特性h-BN/Au-Pt网状纳米结构的葡萄糖传感器的制备方法，如实施例1所述，所不同的是，步骤(2)中分别加入2mL、4mL、8mL、10mL 0.25mmol/L 的氯金酸水溶液；其它步骤和条件与实施例1一致。
实施例7
一种具有光电共催化特性h-BN/Au-Pt网状纳米结构的葡萄糖传感器的制备方法，如实施例1所述，所不同的是，步骤(3)中退火时间为1小时；其它步骤和条件与实 施例1一致。
对比例1
一种葡萄糖传感器的制备方法，如实施例1所述，所不同的是，步骤(3)中不经 过退火，具体制备步骤如下：取步骤(2)制备得到的h-BN/Au-Pt纳米复合材料0.05mg， 分散于50μL的去离子水与10μL乙醇配置的混合溶液中，超声震荡10秒钟。取30μL 的样品悬浮液滴在1﹡1厘米的FTO基底上，在50摄氏度环境中干燥20分钟，得到葡 萄糖传感器；其它步骤和条件与实施例1一致。
对比例2-4
一种葡萄糖传感器的制备方法，如实施例1所述，所不同的是，步骤(3)中退火 温度分别为100摄氏度、300摄氏度以及400摄氏度；其它步骤和条件与实施例1一致。
试验例1
考虑到本发明方法所得h-BN/Au-Pt网状纳米结构的葡萄糖传感器具有优异的电氧 化活性和光敏性，研究了表面等离子体辅助h-BN/Au-Pt纳米电极用于葡萄糖氧化。
采用电化学工作站的标准三电极***，本发明实施例1方法所得葡萄糖传感器为工 作电极，饱和甘汞电极和铂片分别作为参比电极和对比电极，在0.1mol/L磷酸盐缓冲溶液中加入含有不同浓度葡萄糖的人工眼泪作为电解质溶液，电解质溶液中葡萄糖的最终浓度分别为0、0.01、0.05、0.1、0.5以及1mmol/L，采用差分脉冲伏安法，检测对应浓 度葡萄糖的相关响应。
图7是实施例1方法所得葡萄糖传感器在不同葡萄糖浓度下的DPV曲线(横坐标 为电压，纵坐标为电流)；如图7所示，氧化峰值为0.31V的电流强度随葡萄糖浓度(0～ 1mM)的增加而增大，表明本发明方法所得葡萄糖传感器对不同浓度下的葡萄糖氧化有 灵敏的检测，适合于葡萄糖传感，得益于Au、Pt、h-BN的协同效应以及双金属纳米网 形成的有效的电子通道。
试验例2
(1)采用电化学工作站的标准三电极***，本发明实施例1方法所得葡萄糖传感器作为工作电极，饱和甘汞电极和铂片分别作为参比电极和对比电极，以0.1mol/L的磷 酸盐缓冲溶液作为基本电解质溶液，分别间隔固定时间加入含有葡萄糖的人工眼泪。
同时使用不同波长的光进行激发(532，635，808，980nm及氙灯(Xenon lamp))， 调节偏置电压至0.31V，对应的电流响应随葡萄糖浓度的变化情况如图8所示(横坐标 为时间，纵坐标为电流)。
图8中的浓度是向电解液中加入含有葡萄糖的人工眼泪后，体系中葡萄糖的浓度。由图8可知，相比于黑暗条件下，光激发下电流明显的提高是由于金属Au表面受激产 生大量的热电子和热空穴，葡萄糖作为热空穴的牺牲剂，在使其氧化的同时有效消耗热 空穴，热电子则在偏置电压的作用下，通过网状结构特有的电子传输通道快速引入外电 路，使得电流强度提高，从而实现在光辅助下的葡萄糖传感的灵敏度的有效改进。
(2)上述激发情况下的测量均表现出良好的线性关系，如图9所示，绘制了相应 的校准曲线(横坐标为葡萄糖浓度(mmol/L)，纵坐标为电流)，其灵敏度与h-BN/Au-Pt 纳米网状结构的LSPR特性高度相关，归纳的结构如图10所示。比较对应的R2发现， 在近红外(808nm和980nm)范围内受光激发的h-BN/Au-Pt传感器更有利于提高葡萄 糖传感器的精度。在0.1～1mmol/L范围内，808nm和980nm激发的灵敏度分别为113.15 和81.03μAmM-1，在1～17mmol/L范围内，灵敏度分别为26.93和24.92μAmM-1。
(3)采用电化学工作站的标准三电极***，本发明实施例1方法所得葡萄糖传感器作为工作电极，饱和甘汞电极和铂片分别作为参比电极和对比电极，以0.1mol/L的磷 酸盐缓冲溶液作为基本电解质溶液，分别间隔固定时间加入含有葡萄糖的人工眼泪。同 时采用808nm近红外光进行激发，调节偏置电压至0.31V，对应的电流响应如图11所 示。
图11(a)中的浓度是向电解液中加入含有葡萄糖的人工眼泪后，体系中葡萄糖的浓度。图11(a)研究了电解液中葡萄糖浓度为0.03～100μM范围内的电流响应(横坐标 为时间，纵坐标为电流)。然后，将响应电流随葡萄糖变化的线性关系绘制如图11(b)。 在较低的葡萄糖水平(0.03～2.99μM)下，808nm照射下的线性回归方程为 I(μA)＝2.41+lgC(μM)，R2＝0.9043，在2.99～100μM范围内，其线性回归方程为 I(μA)＝-1.23+9.09lg(μM)，R2＝0.9862。因此，葡萄糖的检测灵敏度在低浓度范围内 0.03～2.99μM是1.44μA(lgμM)-1，在2.99～100μM是9.09μA(lgμM)-1.
(4)此外，根据公式LOD＝3σ/s，其中σ是空白信号的标准差(采集数量n为5， 如图12)，s是传感器灵敏度，计算出在808nm近红外光激发下该传感器的探测极限是 4.06nM，表明该传感器对葡萄糖具有很高的灵敏度，具有检测微量葡萄糖的能力，可用 于实际的生物检测。
试验例3
对实施例1以及对比例制备的葡萄糖传感器中的h-BN/Au-Pt纳米网状材料进行紫外-可见光吸收测试，测试结果如图13所示。
从图中可以看到，退火之后改变了h-BN/Au-Pt纳米复合材料对光的吸收，使吸收范围扩展到近红外波段，实现了近红外光激发的光响应。由于它较宽的可见、近红外强 吸收特性(400-1000nm)，采用532、635、808以及980nm波长的激光都可以实现有效 激发，实现相应电流的显著提高。而相比于本发明实施例1的200摄氏度退火，其他退 火温度下的材料呈现可见光吸收带，不利于近红外光激发实现传感器灵敏度的提高。

Claims (10)

1.一种具有光电共催化特性h-BN/Au-Pt网状纳米结构的葡萄糖传感器，其特征在于，所述葡萄糖传感器由导电基底以及负载在导电基底上的h-BN/Au-Pt网状纳米材料组成。
2.根据权利要求1所述具有光电共催化特性h-BN/Au-Pt网状纳米结构的葡萄糖传感器，其特征在于，包括以下条件中的一项或多项：
i、所述导电基底为FTO基底；
ii、所述h-BN/Au-Pt网状纳米材料是Au-Pt合金纳米网状结构负载在h-BN纳米片状材料上；
iii、h-BN/AuPt网状纳米材料在1×1cm导电基底上的负载量为0.025mg。
3.如权利要求1-2任意一项所述具有光电共催化特性h-BN/Au-Pt网状纳米结构的葡萄糖传感器的制备方法，包括步骤：
(1)将h-BN分散液、乙醇和K2PtCl4水溶液充分混合分散均匀，经激光辐照、离心、干燥得h-BN/Pt纳米复合材料；
(2)将h-BN/Pt纳米复合材料分散于去离子水中，缓慢滴加HAuCl4水溶液，充分反应，然后经离心、干燥得到h-BN/Au-Pt纳米复合材料；
(3)将h-BN/Au-Pt纳米复合材料分散于溶剂中得h-BN/Au-Pt分散液；将h-BN/Au-Pt分散液滴在导电基底上，经干燥、退火即得具有光电共催化特性h-BN/Au-Pt网状纳米结构的葡萄糖传感器。
4.根据权利要求3所述具有光电共催化特性h-BN/Au-Pt网状纳米结构的葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，包括以下条件中的一项或多项：
i、所述h-BN分散液是将h-BN粉末充分分散到去离子水中形成的胶体溶液；所述h-BN粉末的质量和去离子水的体积比为0.1-1g/L，优选为0.5g/L；
ii、h-BN分散液、乙醇以及K2PtCl4水溶液的体积比为7-9：1-3：1，优选为8:2:1；
iii、K2PtCl4水溶液的浓度为0.01-0.03mol/L，优选为0.015mol/L；
iv、离心转速为4000-5000rpm，优选为4500rpm；时间为5-15分钟，优选为10分钟。
5.根据权利要求3所述具有光电共催化特性h-BN/Au-Pt网状纳米结构的葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述激光辐照波长为375nm、脉宽为10ns，频率为10HZ，功率为370mW；所述激光辐照时间为50-90分钟，优选为60分钟。
6.根据权利要求3所述具有光电共催化特性h-BN/Au-Pt网状纳米结构的葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，包括以下条件中的一项或多项：
i、步骤(2)中HAuCl4水溶液的浓度为0.1-0.5mmol/L，优选为0.25mmol/L；
ii、h-BN/Pt纳米复合材料的质量和去离子水的体积比为0.002-0.008g/mL，优选为0.005g/mL；
iii、h-BN/Pt纳米复合材料和HAuCl4的质量比为20-120:1，优选为35-45:1，进一步优选为40:1。
7.根据权利要求3所述具有光电共催化特性h-BN/Au-Pt网状纳米结构的葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，包括以下条件中的一项或多项：
i、HAuCl4水溶液的滴加速率为0.01mL/min-0.03mL/min，优选为0.02mL/min；
ii、反应温度为15-25摄氏度，优选为20摄氏度；反应时间为5-15分钟，优选为10分钟；
iii、离心转速为3000-5000rpm，优选为4000rpm。
8.根据权利要求3所述具有光电共催化特性h-BN/Au-Pt网状纳米结构的葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，包括以下条件中的一项或多项：
i、所述溶剂为去离子水与乙醇的混合液，所述去离子水与乙醇的体积比为4-6：1，优选为5：1；
ii、h-BN/Au-Pt纳米复合材料的质量和溶剂的体积比为0.5-1mg/mL，优选为0.83mg/mL；
iii、所述干燥温度为40-60摄氏度，优选为50摄氏度；时间为10-30分钟，优选为20分钟。
9.根据权利要求3所述具有光电共催化特性h-BN/Au-Pt网状纳米结构的葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述退火氛围为惰性气氛，退火温度为150-250摄氏度，退火时间为1-3小时；优选的，所述退火氛围为氩气，退火温度为200摄氏度，退火时间为2小时。
10.如权利要求1-2任意一项所述具有光电共催化特性h-BN/Au-Pt网状纳米结构的葡萄糖传感器的的应用，应用于葡萄糖的检测。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008096335A2 (en) * 2007-02-07 2008-08-14 Yeda Research And Development Co. Ltd. Producing an array of nanoscale structures on a substrate surface via a self-assembled template
US20110130478A1 (en) * 2008-01-14 2011-06-02 Scott Warren Ordered porous mesostructured materials from nanoparticle-block copolymer self-assembly
US20130293884A1 (en) * 2012-05-01 2013-11-07 University Of Maryland, College Park Nanoparticle array with tunable nanoparticle size and separation
US20170114450A1 (en) * 2014-03-31 2017-04-27 Oxford University Innovation Limited Process for the production of two-dimensional nanomaterials
WO2019036451A1 (en) * 2017-08-15 2019-02-21 Northwestern University NANOCOMPOSITES, NANOCOMPOSITE SENSORS AND ASSOCIATED METHODS
KR20190125151A (ko) * 2018-04-27 2019-11-06 내일테크놀로지 주식회사 표면이 개질된 질화붕소나노구조체 및 이의 제조방법

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008096335A2 (en) * 2007-02-07 2008-08-14 Yeda Research And Development Co. Ltd. Producing an array of nanoscale structures on a substrate surface via a self-assembled template
US20110130478A1 (en) * 2008-01-14 2011-06-02 Scott Warren Ordered porous mesostructured materials from nanoparticle-block copolymer self-assembly
US20130293884A1 (en) * 2012-05-01 2013-11-07 University Of Maryland, College Park Nanoparticle array with tunable nanoparticle size and separation
US20170114450A1 (en) * 2014-03-31 2017-04-27 Oxford University Innovation Limited Process for the production of two-dimensional nanomaterials
WO2019036451A1 (en) * 2017-08-15 2019-02-21 Northwestern University NANOCOMPOSITES, NANOCOMPOSITE SENSORS AND ASSOCIATED METHODS
KR20190125151A (ko) * 2018-04-27 2019-11-06 내일테크놀로지 주식회사 표면이 개질된 질화붕소나노구조체 및 이의 제조방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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HUA ZHANG.ET AL: "Boron nitride/gold nanocomposites for crystal violet and creatinine detection by surface-enhanced Raman spectroscopy", 《APPLIED SURFACE SCIENCE》 *

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