[发明专利]一种纳米多孔碳化物材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种纳米多孔碳化物材料及其制备方法和应用，属于纳米材料技术领域。其制备方法为：将含氮杂环的有机碳化物、金属铵盐和二氧化硅加入到水中，搅拌制成凝胶，干燥，然后置于惰性气体中进行碳化加热反应，得初产物；将初产物置于氢氟酸水溶液中刻蚀，离心取沉淀，将沉淀进行冷冻干燥，即得纳米多孔碳化物材料。以该纳米多孔碳化物材料为原料制备的电化学传感器不仅具有良好的生物相容性、优异的选择性、很短的响应时间、较宽的检测范围，还具有极高的反应灵敏度，相比于传统材料制备的传感器，在实时原位检测细胞释放的过氧化氢时，展现出了极高的灵敏度和选择性，且其电化学性能稳定、循环使用寿命长，该材料制备过程操作简单、原材料成本低，具有极大的工业应用价值。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种纳米多孔碳化物材料及其制备方法和应用。

背景技术

过氧化氢是生物体内的一种主要活性氧，主要由线粒体中的大多数氧化酶产生，过氧化氢可在细胞膜上自由扩散。过氧化氢的毒性很低，但过量的过氧化氢会对核酸、不饱和脂肪酸、细胞膜脂质等生物过程造成不可逆损伤，还有可能会导致衰老和疾病，包括心血管疾病、阿尔茨海默病，甚至可能导致癌症。

过氧化氢广泛应用于化工、食品、医药、环保等领域。因此，快速、准确、可靠地测定痕量过氧化氢具有重要意义。测定过氧化氢的方法主要有酶法电化学传感器检测和非酶法电化学传感器检测，酶法电化学传感器检测因其灵敏度高、选择性好而被广泛应用于各个领域。与酶法相比，非酶法电化学传感器检测具有成本低、操作简单、稳定性好等明显优势。然而，大多数的非酶法电化学传感器中含有贵金属。因此致力于开发操作简单、灵敏度高、价格低廉的非贵金属无酶电化学传感器是我们研究的重点，也是难点。

非酶法电化学传感器的析氢过程主要是从催化剂中获得电子。众所周知，铂基材料是催化析氢的高活性电催化剂，铂基材料在检测过氧化氢方面也表现出优异的性能。然而，铂基催化剂成本高、储量少，不像钼、钨、钴等过渡金属那样廉价、丰富和可持续。

在早期过渡金属晶格中引入碳导致晶格常数的膨胀。经过密度泛函理论(DFT)计算表明，金属d轨道与碳s轨道和p轨道的杂化拓宽了d带的结构，具有类似于铂d的特性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种纳米多孔碳化物材料的制备方法；目的之二在于提供一种纳米多孔碳化物材料；目的之三在于纳米多孔碳化物材料的应用。

为达到上述目的，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明技术方案，具体实施过程如下：

1.一种纳米多孔碳化物材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将含氮杂环的有机碳化物、金属铵盐和二氧化硅以质量比为10～5:5～4:10～5的比例加入到水中，搅拌制成凝胶，干燥，然后置于惰性气体中在700～1100℃条件下进行碳化加热反应，得初产物；

S2、将初产物置于氢氟酸水溶液中刻蚀，离心取沉淀，将沉淀进行冷冻干燥，即得纳米多孔碳化物材料。

优选的，所述S1中，含氮杂环的有机碳化物为三聚氰胺，金属铵盐为钼酸铵。

优选的，所述三聚氰胺、钼酸铵和二氧化硅的质量比为2:1:2。

优选的，所述S1中，水为去离子水，加入的体积为二氧化硅加入质量的五十分之一。

优选的，所述S1中，选用烘干的方式干燥凝胶，烘干的温度为50～120℃，时间为2～8h。

优选的，所述S1中，碳化加热反应的时间为2～8h。

更优选的，所述S1中，碳化加热反应的温度为900℃，时间为2～3h。

优选的，所述S1中，碳化加热反应在高温管式炉中进行。