[发明专利]ZIF三维骨架电极、其制备方法和应用

说明书

本发明公开了ZIF三维骨架电极、其制备方法和应用，涉及电极材料技术领域。ZIF三维骨架电极包括导电基底和在导电基底上原位生长出的ZIF骨架结构层，ZIF骨架结构层中的骨架材料为ZIF‑8、ZIF‑67和ZnCo‑ZIF中的至少一种。ZIF三维骨架电极的制备方法包括：以金属盐和2‑甲基咪唑为原料，采用溶剂热法在酸溶液处理过的导电基底上进行原位生长；金属盐为钴盐和锌盐中的至少一种。该三维骨架电极材料中催化剂与基底结合紧密不容易脱落；不会影响催化材料自身的催化活性位点，使催化剂表现出高的比表面积和有序高效的电子转移，使得催化响应更灵敏，活性更高。可以在葡萄糖无酶检测以及葡萄糖燃料电池中得到应用。

技术领域

本发明涉及电极材料技术领域，且特别涉及ZIF三维骨架电极、其制备方法和应用。

背景技术

葡萄糖检测在生物医学和燃料电池领域已经得到广泛应用，并在这两个领域均发挥重要作用。在临床医学上，糖尿病带来的并发症严重危害着人类身体健康，其早期诊断和后续监测治疗一直是医学界的重大难题，因此对糖尿病患者血糖含量的准确测量，可以有效地对糖尿病进行监测和治疗。在新能源燃料电池方面，检测葡萄糖含量是评价燃料电池催化剂的一个重要指标。可见，准确高效地进行葡萄糖的检测是十分必要的。

在众多的检测方法中，与常规的光学、色谱检测方法相比，电化学检测法具有快速响应、灵敏度高、制备简单和方便携带等优点，是对生物小分子葡萄糖进行快速、精准检测的最佳方法。目前，市场上最普遍的是基于酶的生物传感器，大多为一次性检测，无法持续检测葡萄糖，且酶易受外部环境影响失活，对外界保存环境要求较高且稳定性差，严重影响检测结果的可靠性。

为了克服酶带来的相关问题，开发无酶测试的催化剂显得尤为重要。其中，贵金属(铂、金)因为高效催化葡萄糖氧化进行大量的研究。但是，贵金属在葡萄糖氧化过程中会吸附中间产物而使催化剂中毒，而且贵金属价格昂贵等因素，应用推广受到极大地限制。因此，开发廉价无酶测试的催化剂显得尤为重要。

此外，而且在电化学检测方法中，工作电极的设计对电化学性能的影响也有很大的作用。以往的电极制备方法(传统滴涂法，压片法)存在很大的弊端，极大的阻碍了催化材料本身的活性。传统方法虽然能很好的使催化材料粘合在工作电极上，但是它极大的破坏了催化材料自身的催化活性位点，粘合剂的使用阻碍了催化剂与电解液的相互作用，使得性能大打折扣。

如中国专利CN106290511A一种无酶葡萄糖电化学传感器的制备方法，该专利中利用传统滴涂法制备电极，电极制备过程繁琐复杂。如中国专利CN109507271A一种用于葡萄糖检测的GO/NiCO LDHs催化材料以及电化学传感器的制备方法，此专利也是利用传统滴涂法，但是在油墨制备的超声过程，强烈的超声波破坏其LDHs催化剂本身的形貌，而且添加的粘合剂Nafion(萘酚)是有机物，较易覆盖催化剂，影响其活性位点催化与葡萄糖响应的灵敏度。

鉴于此，特提出本申请。

发明内容

本发明的目的在于提供一种ZIF三维骨架电极及其制备方法，旨在使催化材料与导电基底紧密结合，并使催化响应更灵敏，活性更高。

本发明的另一目的在于提供上述ZIF三维骨架电极在葡萄糖无酶检测中的应用。

本发明的第三目的在于提供上述ZIF三维骨架电极在葡萄糖燃料电池中的应用。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提出了一种ZIF三维骨架电极，其包括导电基底和在导电基底上原位生长出的ZIF骨架结构层，ZIF骨架结构层中的骨架材料为ZIF-8、ZIF-67和ZnCo-ZIF中的至少一种。

本发明还提出一种ZIF三维骨架电极的制备方法，包括：以金属盐和2-甲基咪唑为原料，采用溶剂热法在导电基底上原位生长形成ZIF骨架结构层；其中，金属盐为钴盐和锌盐中的至少一种。