[发明专利]一种过氧化氢传感器及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于电化学传感器领域，更具体地，涉及一种过氧化氢传感器及其制备方法与应用。

背景技术

过氧化氢是一种简便易得的化合物，在医药诊疗、环境采矿、纺织食品工业、生物技术等领域有着重要应用。除了众所周知的毒性效应，H₂O₂在生物体中作为一种信号分子，在多种生物调节过程如免疫细胞激活、血管重塑、细胞死亡、气孔闭合和根系生长中具有重要的作用。目前的检测方法有分光光度法、滴定分析法、电化学法等，其中电化学法是基于待测物质的电化学性质将待测物化学量转变成电学量进行传感的一种检测技术。具体而言，即通过检测电流、电阻或电位等电信号手段来测定体系中目标物质含量，因其简单便捷、快速高效、稳定准确的特点多被用于研究中。但大多的电化学传感器是基于酶的生物传感器，而酶的稳定性差、对温度湿度pH等外在条件要求严苛，且酶固手段繁杂，使得其在应用中往往受限。因此，无酶H₂O₂传感器成为电化学传感器研究的重要方向。贵金属例如金、银、钯、由于其优越的电催化活性常被用于H₂O₂的无酶传感中。但贵金属昂贵且来源稀缺，并不能大量应用于实际生活中，这促进了过渡金属氧化物对H₂O₂传感性能的研究。

二氧化锰作为重要的过渡金属氧化物，由于其特殊的物理化学性质，不仅价格低廉、绿色环保，还具有极高的电催化活性。二氧化锰复合材料在H₂O₂电化学传感器中的应用备受关注。已有研究表明，形貌和结构是纳米材料决定电催化活性的重要参数。目前多采用锰氧化物与碳纳米管复合材料构建过氧化氢传感器，由水热法制备的二氧化锰/石墨烯纳米复合材料，在中性环境中对H₂O₂传感表现出良好的重复性、选择性、稳定性和催化活性。然而，同样碍于碳材料的昂贵成本，因此，对二氧化锰纳米材料的过氧化氢电化学传感研究也显得尤为迫切。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足和缺点，提供一种过氧化氢传感器的制备方法。该方法具有无污染无毒性，条件温和，操作简单，灵敏度高、稳定性好等优点。

本发明的另一个目的在于提供一种上述方法制备的过氧化氢传感器。该过氧化氢传感器无污染无毒性，条件温和，操作简单，避免了传统昂贵的贵金属、碳复合材料负载，以及弱催化活性的二氧化锰纳米线负载，海胆状二氧化锰负载的过氧化氢传感器能够稳定、高效地进行低浓度的过氧化氢检测，可重复性好。

本发明的再一目的在于提供一种上述过氧化氢传感器的应用。

本发明上述目的通过以下技术方案予以实现：

一种过氧化氢传感器的制备方法，包括以下步骤：

S1.将过硫酸钾、硫酸锰和硫酸钾混合后加入去离子水，搅拌并滴加浓硫酸，置于140～160℃反应；

S2.将步骤S1所得产物静置，吸去上层清液，加入去离子水或乙醇进行离心，分离后吸去上层清液；

S3.重复步骤S2中所述离心2～3次，将产物在60～80℃下烘干12～24h，得到海胆状二氧化锰；

S4.将海胆状二氧化锰加入乙醇、水和Nafion溶液中，超声30～50min，得到二氧化锰浆液；

S5.将二氧化锰浆液涂于玻碳电极表面，自然烘干，得到工作电极；

S6.将工作电极、参比电极和对电极以三电极体系连接，放入电解液中，构成过氧化氢传感器。

优选地，步骤S1中所述过硫酸钾、硫酸锰和硫酸钾的质量比为(1～2):(1～2):(3～4)；所述过硫酸钾、硫酸锰和硫酸钾的总质量与去离子水的质量体积比为(50～80):1mg/mL，所述去离子水与浓硫酸的体积比为(30～50):1。

优选地，步骤S1中所述搅拌的时间为30～50min，所述反应的时间为6～8h。

优选地，步骤S2中所述静置的时间为20～30min，所述离心的速率为4000～6000r/min，所述离心的时间为5～10min。

优选地，步骤S4中所述海胆状二氧化锰与乙醇和水的质量总体积比为(1～1.5):1mg/mL，所述乙醇、水和Nafion的体积比为(1～10):(1～10):(1～2)。

优选地，步骤S5中所述玻碳电极的直径为1.5～2cm。

优选地，步骤S6中所述参比电极为Ag/AgCl电极，所述对电极为铂片，所述电解液为PBS溶液，所述PBS溶液的pH＝7。