[发明专利]一种基于复合结构纳米酶的电化学传感器及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种基于复合结构纳米酶的电化学传感器及其制备方法和应用，所述复合结构纳米酶包括基底以及生长在所述基底表面的金属氧化物纳米阵列，二者质量比为(1～5)∶(1～4)；所述电化学传感器包括沉积有所述复合结构纳米酶的电化学传感芯片工作电极，其制备方法包括以下步骤：将复合结构纳米酶分散在无水乙醇和Nafion溶液配制得到的混合液中，得到复合结构纳米酶的溶液，之后超声处理获得油墨并将其沉积于电化学传感芯片工作电极表面，即得所述电化学传感器。将本发明的基于复合结构纳米酶的电化学传感器应用于硝基苯类化合物检测时，检测灵敏度高、选择性好、操作简单、响应时间短。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种基于复合结构纳米酶的电化学传感器及其制备方法和应用。

背景技术

硝基苯类化合物广泛应用于农药、燃料、炸药、橡胶以及其他化工产品的生产。硝基苯类化合物的用途广泛，可通过废水、废气等途径进入环境；也会因运输或生产过程中的意外事故或存贮不当，而大量进入环境造成污染。大部分的硝基苯类化合物具有化学性质稳定、高毒性和易生物富集等特点，被列入美国国家环境保护局(EPA)和我国的优先监测污染物名单中。常见的硝基苯类化合物检测手段仍依赖于色谱法和质谱法，但这些大型仪器检测方法往往受到实验室的限制，并且需要专业的技术人员操作。

电化学传感器相较于传统大型检测设备，具有灵敏度高、操作简便、成本低等优点，在食品检测、环境卫生和医学等领域内拥有广阔的应用前景。近年来，具有酶特性的纳米材料-纳米酶，由于其具有优异的性能而引起广泛关注。纳米酶显现了纳米材料内在的生物效应及新特性，丰富了模拟酶的研究，使其从有机复合物拓展到无机纳米材料，也进一步拓宽了纳米材料的应用范围。二维层状纳米材料具有比表面积大、活性位点多、化学稳定性好、导电性和热导高等特点，是电化学领域中电极材料的良好选择。基于二维层状纳米材料构建复合结构的纳米酶，具有优异的电子转移能力、丰富的催化活性位点及良好的生物相容性，有望在电化学传感领域发挥良好的应用潜力。但是，基于二维层状纳米材料构建复合结构的纳米酶并将其应用于硝基苯类化合物的直接电化学检测，目前尚未见报道。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于复合结构纳米酶的电化学传感器及其制备方法和应用。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

本发明的技术方案之一，一种复合结构纳米酶，包括基底以及生长在所述基底表面的金属氧化物纳米阵列，所述基底为二维层状纳米材料，所述二维层状纳米材料与金属氧化物纳米阵列的质量比为(1～5)∶(1～4)。

进一步地，所述二维层状纳米材料为二硫化钼或石墨烯，所述金属氧化物为四氧化三钴、四氧化三铁、五氧化二钒或氧化镍；所述纳米阵列为纳米线阵列、纳米柱阵列、纳米棒阵列或纳米片阵列。

本发明的技术方案之二，一种上述复合结构纳米酶的制备方法，包括以下步骤：

(1)将二维层状纳米材料分散于去离子水、无水乙醇或二甲基甲酰胺溶液中，将所得分散液涂覆在硅片表面，干燥；

(2)将金属盐前驱体溶于无水乙醇或去离子水中，涂覆于步骤(1)所得硅片上，干燥，煅烧、冷却后取出；

(3)配制含金属盐、沉淀剂和表面活性剂的混合水溶液，将步骤(2)所得冷却后的硅片置于所述混合水溶液上方反应，反应结束后取出，洗涤、干燥、煅烧，即得所述复合结构纳米酶。

进一步地，步骤(1)中，所述分散液中，二维层状纳米材料的浓度为0.2～0.5mg/mL。

进一步地，步骤(2)中，所述金属盐前驱体为钴盐、铁盐、钒盐或镍盐，所述溶液中，金属盐前驱体的浓度为1～10mM；所述煅烧在惰性气体氛围下进行，煅烧温度为300～500℃，煅烧时间为20～40min。