[发明专利]N掺杂碳包裹的Co@ Co3

说明书

本发明公开了一种N掺杂碳包裹的Co@Co₃O₄核壳颗粒多面体(Co@Co₃O₄‑NC)及其制备方法与应用。所述Co@Co₃O₄‑NC的制备方法包括下述步骤：1)将ZIF‑67晶体在惰性气氛中进行碳化处理，自然冷却至室温后得到Co‑NC复合材料；2)将Co‑NC复合材料在220℃的空气中以2℃min^‑1的加热速率热处理24h，即得。受益于Co@Co₃O₄‑NC的特殊结构和氮掺杂，Co@Co₃O₄‑NC具有非酶电化学葡萄糖感测的高性能。用Co@Co₃O₄‑NC制成的传感器的灵敏度可以达到251.9μAmM^‑1cm^‑2，检测极限可以低至0.3μM(S/N＝3)，线性范围为0.01‑4mM。传感电极在实际样品分析中也是可行的。

技术领域

本发明属于材料领域，具体涉及一种N掺杂碳包裹的Co@Co₃O₄核壳颗粒多面体及其制备方法与应用。

背景技术

在临床研究、生物加工和食品工业中，发展可靠且具有成本效益和高性能的传感设备，被认为是对葡萄糖进行精确快速检测的重要科技手段。检测技术方面，电化学技术因其独特性、简便性、灵敏性、快速响应时间、检测限低、长期稳定性和快速检测等特点受到广泛关注。电化学葡萄糖传感器主要分为基于酶的感测和非酶促葡萄糖感测。但是，酶促传感器始终依赖于催化酶，例如葡萄糖氧化酶。在其催化下，葡萄糖被氧气氧化成葡萄糖酸内酯和H₂O₂。产生的过氧化氢被介体还原，引起电流响应的微小变化。而且，由于其不稳定，成本高以及难以固定酶传感器，许多研究更加重视非酶活性剂的开发用于电化学葡萄糖传感器。

近来，由于地球含量高，环境友好且具有成本效益，具有不同结构和尺寸的Co₃O₄基纳米颗粒(NPs)的复合材料引起了全世界的关注。但是，Co₃O₄ NPs的电导率对于葡萄糖的非酶检测是不利的。Co₃O₄ NPs和导电碳材料的制备复合结构是提高电极材料电导率的通用方法。如Co₃O₄ NPs和石墨烯复合材料，Co₃O₄ NPs和碳纳米管复合材料和其他多孔碳材料。然而，Co₃O₄ NPs和导电碳材料的复合材料通常会遇到聚集，活性降低等问题。迄今为止，金属有机骨架(MOF)是一种由金属离子和有机分子自组装合成的定义明确的中空材料。并且，由于MOF具有高的表面积和多孔的质量传递路径，因此它们是制造多孔碳载体金属或金属氧化物以表现出潜在催化活性的优良牺牲模板。此外，小尺寸的金属或金属氧化物颗粒可以原位嵌入碳骨架中而不会聚集。因此，近来研究了MOF衍生的纳米复合材料作为有效的催化剂。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种N掺杂碳包裹的Co@Co₃O₄核壳颗粒多面体。

本发明所提供的N掺杂碳包裹的Co@Co₃O₄核壳颗粒多面体(Co@Co₃O₄-NC) 是按照包括下述步骤的方法制备得到的：

1)将ZIF-67晶体(沸石咪唑酯框架-67，Zeolitic Imidazolate Framework-67)在惰性气氛中进行碳化处理，自然冷却至室温后得到Co-NC复合材料；

2)将Co-NC复合材料在空气中加热至220±20℃，并在200±1℃保温24±5h，形成Co@Co₃O₄-NC。