[发明专利]一种纳米金-碳纳米管复合材料的制备方法及其在电催化中的应用

说明书

本发明公开了一种纳米金‑碳纳米管复合材料的制备方法，首先成功合成了1,3‑二（3‑溴丙基）咪唑溴盐离子液体，并以此为形貌调控剂，通过调节离子液体的浓度和还原剂的用量，成功制备了空心纳米金球，并与羧基化碳纳米管复合形成纳米金‑碳纳米管复合材料，用上述复合材料修饰电极作为工作电极，对曲酸进行电化学分析，该碳纳米复合材料具有导电性能优越、生物相容性能好等优点，本发明制备方法的原料价格相对较低，操作简便可控，重复性高，绿色环保，易于实现规模生产，制备的纳米金‑碳纳米管复合材料表现出对曲酸良好的电催化活性。

技术领域

本发明属于电催化材料技术领域，具体涉及一种纳米金-碳纳米管复合材料的制备方法及其在电催化中的应用。

背景技术

碳纳米管是一种具有特殊结构的一维量子材料，经研究发现，碳纳米管有一层和多层之分，即单壁碳纳米管(SWNTs)和多壁碳纳米管(MWNTs)，无论是多层还是单层碳纳米管，都具有良好的导电性能、机械性能、传热性能等等，这使得碳纳米管在电化学器件、燃料电池、场发射装置、催化剂载体方面有着广泛的应用。

碳纳米管极强的导电性能、吸附性能和大的比表面积，使其在电催化领域发挥着重要作用；一方面，碳纳米管具有大比表面积和良好的生物相容性，为生物敏感元件的固定提供了好的场所，不仅能增加生物敏感物质的负载量，而且能有效保持敏感元件的生物活性，有助于改善其检测灵敏度和选择性；另一方面，碳纳米管超强的力学性能和导电性能，能加快生物分子与电极界面间的电子传递速度；然而碳纳米管也具有一定的化学惰性，其在溶剂中很难溶解和分散，这就限制了它在电催化等领域的应用；研究表明，可通过强酸或混酸处理碳纳米管，使其表面带有羧基或羟基等活性官能团，再通过静电自组装或者共价键合的方式与其他材料进行复合形成复合材料对其进行功能化改性，这会明显增加碳纳米管的活性及其分散性，拓展其应用范畴。

咪唑基离子液体相较于传统的离子液体，在空气、水以及电化学测试中具有较好的稳定性，并且有较宽的液态范围；它可以作为稳定剂来修饰调控贵金属纳米的形貌以及对贵金属纳米表面进行基团修饰，用于修饰纳米粒子的功能化离子液体通常具有巯基、羧基、氨基、羟基，由于这些基团的存在，纳米粒子能更容易地分散在溶液中，也可通过共价键合或者静电吸附与其他材料进行复合，提高其性能。

曲酸（化学名称为5-羟基-2-羟甲基-1，4-吡喃酮）具有食品保鲜、清除自由基、增白美容等作用，曾在酱油和酒类的酿造、豆瓣酱、食品添加剂以及一些美白类化妆品中广泛使用；近些年，科学家们的大量研究发现曲酸具有一定的致癌作用，故在医药、化妆品及食品领域中对曲酸的检测引起了高度重视。

曲酸的测定方法有液相色谱法、气相色谱法、层析法和电化学法等，其中电化学法与其他方法相比，具有成本低、操作简单、响应迅速等优势。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种纳米金-碳纳米管复合材料的制备方法。

本发明的目的还在于提供所述制备方法制得的一种具备高效电催化性能的纳米金-碳纳米管复合材料在曲酸电化学分析中的应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种纳米金-碳纳米管复合材料的制备方法，包括如下步骤：

S1、1,3-二（3-溴丙基）咪唑溴盐离子液体的制备：将氢化钠、咪唑加入1，3-二溴丙烷的乙腈溶液中，加热搅拌反应，所得反应物除去乙腈，即得目标粗产物；

S2、空心纳米金球的制备：将步骤S1制得的1,3-二（3-溴丙基）咪唑溴盐离子液体溶液加入HAuCl₄，迅速注入NaBH₄溶液，所述1,3-二（3-溴丙基）咪唑溴盐离子液体溶液、HAuCl₄、NaBH₄的摩尔比为3:1:6，搅拌反应，所得反应物离心，得到空心纳米金球；