[发明专利]雾凇状金属有机框架复合微电极和原位制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种雾凇状[Cu(INA)₂]金属有机框架三维石墨烯包覆碳纤维复合微电极、原位制备方法及应用。该复合微电极包括三维石墨烯包覆的活化碳纤维和石墨烯表层的雾凇状[Cu(INA)₂]金属有机框架，所述三维石墨烯疏松多孔，所述雾凇状[Cu(INA)₂]金属有机框架均匀沉积在所述三维石墨烯表层。其制备方法，包括以下步骤：将碳纤维在混合酸中进行电化学活化，并先后电沉积石墨烯和海绵状金属铜，使用电化学阳极溶出方法将海绵状金属铜原位转化为金属有机框架。本发明所提供的方法操作简捷、环境友好。该复合微电极应用于纳米电化学传感器领域时表现出较低的检测限和较高的检测灵敏度，应用前景非常广阔。

技术领域

本发明属于纳米材料领域，具体为一种雾凇状[Cu(INA)₂]金属有机框架/三维石墨烯包覆碳纤维复合微电极的原位制备方法及应用。

技术背景

碳纤维是一种由有机纤维碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维价格便宜、尺寸较小、无毒无害、化学惰性、导电性良好，因此常被应用于微电极的制作当中。而三维网状结构的石墨烯包覆的碳纤维较单纯碳纤维而言，导电性能更好，稳定性更佳，尤其是在电化学传感器领域可作为优良的碳纤维微电极基底。

金属有机框架材料是由有机配体和金属离子或团簇通过配位键自组装形成的具有分子内孔隙的有机-无机杂化材料，内部有着不同的框架孔隙结构，从而表现出不同的吸附性能、光学性质、电磁学等性质，在现代材料学方面呈现出巨大的发展潜力和诱人的发展前景。特别对于电化学传感器领域，其类酶作用，稳定性等特点有取代酶的潜力，对新一代无酶的电化学传感器意义重大，更受到广泛青睐。而金属有机框架材料的形貌和尺寸控制被视为探索其物理化学性质的一个有效战略。现有的合成方法主要有微波法、水热法、气相沉积法和原子力沉积法。微波法无法实现金属有机框架的原位生长；水热法难以在微小的基底材料上原位制备尺寸均一，形貌规整的金属有机框架材料，且需要高温高压的反应条件，并且可能会产生对健康和环境有害的物质；而气相沉积法和原子力沉积法虽可在基底材料上有效控制其尺寸和形貌，但是方法复杂多步，耗能耗时。因此，开发一种简便快速、环境友好、能原位有效生长尺寸均一，形貌规整的金属有机框架修饰的复合微电极的方法对于实现金属有机框架在电化学传感器领域乃至更广泛应用仍然是一个巨大的挑战。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种雾凇状[Cu(INA)₂]金属有机框架/三维石墨烯包覆碳纤维复合微电极、原位制备方法及应用。其目的在于通过电化学阳极溶出法原位制备一种雾凇状[Cu(INA)₂]金属有机框架/三维石墨烯包覆碳纤维复合微电极，由此解决目前金属有机框架制备过程中难以原位合成尺寸均一，形貌规整的金属有机框架材料，且合成方法复杂多步，污染环境，耗能耗时等技术问题。

为了实现上述技术目的，按照本发明的一个方面，提供了一种雾凇状[Cu(INA)₂]金属有机框架/三维石墨烯包覆碳纤维复合微电极，该复合微电极从外层到内层的结构分别是雾凇状[Cu(INA)₂]金属有机框架、三维石墨烯和活化碳纤维；所述三维石墨烯包覆所述活化碳纤维；所述三维石墨烯为石墨烯纳米片堆积而成的疏松多孔网状结构；所述雾凇状[Cu(INA)₂]金属有机框架均匀沉积在所述三维石墨烯表面。

优选地，所述活化碳纤维直径为10μm-15μm。

优选地，所述活化碳纤维表面有线状纹路。

优选地，所述三维石墨烯将所述活化碳纤维表面的线状纹路完全包覆。

优选地，所述金属有机框架材料[Cu(INA)₂]孔洞均一，直径为1μm-1.2μm。

优选地，所述金属有机框架材料[Cu(INA)₂]在所述三维石墨烯表面排布整齐有序。