[发明专利]基于低共熔溶剂制备的钴基催化剂及在非酶葡萄糖传感中的应用

说明书

本发明公开了一种基于低共熔溶剂制备的钴基催化剂及在非酶葡萄糖传感中的应用，该催化剂的结构单元为Co₃(BDC)₃DMU₂，其中DMU表示1,3‑二甲基脲，BDC表示两个羧基上失去质子的对苯二甲酸根。该电催化剂制备的传感器具有良好的非酶葡萄糖检测性能，线性范围宽(10~2000μM)，最小检测限(3.2μM，S/N=3)，在碱性溶液(0.01 M NaOH)中的检测响应小于4 s。此外，所制备的传感器对葡萄糖检测具有较高的选择性、稳定性和重复性，可进一步应用于人体血液、饮料等中葡萄糖的检测。

技术领域

本发明属于电化学葡萄糖传感的技术领域，具体涉及基于低共熔溶剂制备的钴基催化剂材料，以及在非酶葡萄糖传感中的应用。

背景技术

葡萄糖是自然界分布最广且最为重要的一种单糖。葡萄糖加强记忆，刺激钙质吸收和增加细胞间的沟通。但是太多会提高胰岛素的浓度，导致糖尿病；糖尿病已经成为严重危害我国人民健康并给社会带来沉重经济负担的重大疾病。科学家们还没有找到能根治糖尿病的手段或方法。因此，糖尿病的治疗应强调综合管治，且须终身维持。因此，找到合适的葡萄糖传感器对糖尿病的管理和治疗有重要意义。

金属有机框架(MOF)材料是由金属离子和有机配体通过配位键键合自组装形成的具有周期性网络结构的配合物。MOF由于结构的多样性、可调的孔隙率、丰富的金属位点等优势，使其在吸附、催化、传感器、药物运输等领域表现出极大的应用潜力。以过渡金属，如铁、钴、镍、铜作为金属源，其成本低、活性高、在碱性条件下长期稳定性优异等优点，使得其合成的MOF在电催化方面具有良好的应用前景。离子热合成法是采用离子液体(ILs)代替水或常规有机溶剂作为反应介质合成MOF的一种绿色合成方法，其与水热和溶剂热合成相比具有安全性高、绿色环保及其结构的功能化调控等优越性，使其成为合成MOF的研究热点。低共熔溶剂(DESs)作为ILs的一种，是将一定摩尔比的季铵盐和氢键给体混合加热搅拌形成的溶液。通过调节两者的类型便可得到不同类型的DESs。DESs除具有凝固点低、溶解性强、导电性好等ILs共性之外，还具有对低极性化合物的溶解性小、价格低廉、可生物降解、可根据不同反应的对DES组成进行修饰等特点。使用DESs可提供不同氢键给体，例如OH^-、NH^-、Cl^-等有机官能团，可以合成一些具有特定功能的MOFs。

作为候选的催化剂材料之一，钴基材料，例如纳米结构的氧化钴、钴基金属有机框架材料、磷酸盐、硫化物及其相关的杂化物，在实验和理论上已被证实在碱性条件下对电化学葡萄糖传感有良好的催化活性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于低共熔溶剂制备的钴基催化剂，并为该催化剂提供一种新的在电化学传感中的应用。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：该电催化剂的结构式为Co₃(BDC)₃DMU₂，其中DMU表示1,3-二甲基脲，H₂-BDC表示对苯二甲酸，BDC表示两个羧基上失去质子的对苯二甲酸根，属于三斜晶系，空间群为P 1，晶胞参数为a=8.70890(10) Å、b=10.2028(2) Å、c=11.0360(2) Å、α=115.779(2)°、β=94.8800(10)°、γ=106.2790(10)°，晶胞体积V=822.95(2) ų。

本发明催化剂的制备方法为：将Co(NO₃)₂·6H₂O、对苯二甲酸、氯化胆碱和1,3-二甲基脲按摩尔比为2:1:5:10混合，100 ℃反应3天，冷却至室温，经DMF、乙醇清洗得到紫色透明的六边形晶体，即为基于低共熔溶剂制备的钴基催化剂。将催化剂研磨得到的粉末分散在乙醇中，超声形成均匀的悬浮液。然后将催化剂的悬浮液和Nafion分别涂于GCE表面，室温干燥得到工作电极。

本发明的有益效果如下：