[发明专利]一种NiO@PANI@ZnO三维纳米复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于多巴胺检测的NiOPANIZnO三维纳米复合材料及其制备方法，属于新型复合材料技术领域。

背景技术

氧化锌(ZnO)作为一种n型半导体氧化物材料，因其具有安全性好、生物相容性好、合成成本低等一系列优点而在诸多领域受到青睐。作为目前受到广泛关注的纳米生物传感材料，纳米ZnO需要有特殊的形貌才能提高其检测灵敏度，同时由于检测物质的复杂性，难以高选择性检测某一特定物质，这些局限性极大的限制了纳米ZnO作为生物传感材料的进一步发展和推广应用。就灵敏度而言，最常用的方法是与p型半导体复合制成复合纳米材料，使其自然形成具有势垒高度差的p-n结，极大的促进电子传递，从而达到提高灵敏度的目的，但在其他共存物的干扰下，以ZnO为复合相的p-n型复合材料往往不能很好的选择性检测某一特定物质。P-P异质结在电子传输和势垒作用方面有独特的性质，对于不同的物质，有着不同的电子传递效果，可以提高生物检测的选择性，但单一p-p型复合材料用于生物检测时，往往灵敏度较低。为了解决同时提高检测灵敏度和选择性这一问题，以p型半导体氧化镍(NiO)为复合相，与p型导电聚合物聚苯胺(PANI)结合，自然形成p-p结，提高生物检测的选择性，再使PANI与n型半导体ZnO纳米颗粒结合，自然形成p-n结，提高检测灵敏度，发挥p-n结与p-p结的协同作用，同时提高灵敏度和选择性。另外，具有极大的比表面积的三维结构，更有利于结合生物分子和传递电子。所以，寻找一种简单的工艺，制备NiOPANIZnO三维纳米复合材料是十分必要的，在此基础上研究NiOPANIZnO三维纳米复合材料的传感性能，如在血液共存物质抗坏血酸和尿酸的干扰下，高灵敏度和高选择性检测多巴胺。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种具有优异的灵敏度和选择性的用于多巴胺检测的NiOPANIZnO三维纳米复合材料。

本发明的另一个目的是提供一种工艺简单，反应条件温和，制备成本低的NiOPANIZnO三维纳米复合材料的制备方法。

本发明的纳米复合材料是通过热氧化、电化学聚合和电化学沉积的方法所制备的。先将泡沫镍热氧化形成3DNiO框架，再通过电化学聚合和电化学沉积将PANI多孔纤维膜和ZnO纳米颗粒依次附着到NiO表面，从而形成所述的NiOPANIZnO三维复合结构。本发明以ZnO纳米颗粒为复合相，与p型半导体氧化镍(NiO)和p型导电聚合物聚苯胺(PANI)结合，合成多组分纳米复合材料，充分利用3DNiO框架和PANI膜的多孔结构，发挥协同作用，在提高检测灵敏度的同时使其具有高选择性。另外，三维结构具有极大的比表面积和多孔结构，更有利于结合生物分子和传递电子。

本发明的反应过程如下列方程式所示。

2Ni+O₂＝2NiO(1)

(PANI)_n+ycl^-＝[PANI^y+(cl)_y]_n+nye^-(2)

NO₃^-+H₂O+2e^-＝NO₂^-+2OH^-(3)

Zn²⁺+2OH^-＝Zn(OH)₂＝ZnO+H₂O(4)

Zn²⁺+NO₃^-+2e^-＝ZnO+NO₂^-(5)

本发明的具体技术方案如下：

一种NiOPANIZnO三维纳米复合材料，包括3DNiO框架，均匀包覆在NiO表面的PANI多孔纤维膜，以及均匀分布在PANI膜上的ZnO纳米颗粒。

所述PANI膜层厚度约10-15微米，PANI纤维直径为约40-60纳米，孔径大小为10-1000纳米。

所述ZnO纳米颗粒为双层六棱片结构，六棱片厚度约为150-250纳米，直径约为350-450纳米。

一种上述NiOPANIZnO三维纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤①：将表面积约1cm²的泡沫镍超声清洗10分钟，吹干，在管式炉中在空气气氛下700℃下烧结4-5h，热氧化得到3DNiO框架；