[发明专利]键合单原子铜的三维碳纳米复合材料、其制备方法及应用

说明书

本案涉及一种键合单原子铜的三维碳纳米复合材料、其制备方法及应用，将超分散剂加入到水中搅拌溶解，加入GNP与CNT，快速搅拌分散均匀后，砂磨；继续分次加入CNT研磨，得到GNP/CNT水性纳米浆，向其中加入铜盐水溶液，搅拌1h后，真空干燥、粉碎，得复合纳米粉体；将其置于惰性气体中碳化，即得Cu‑GNP/CNT复合纳米粉体。本发明石墨烯与碳纳米管构成三维碳纳米网络，具有超高的比表面以及优异的电子传导能力，可以高载量键合单原子铜；从而激活Osubgt;2/subgt;，使其在有机物降解以及催化化学反应等领域具有非常广泛的应用前景；在非酶葡萄糖传感器领域具有应用潜力。

技术领域

本发明涉及金属单原子/碳纳米复合材料领域，具体涉及键合单原子铜的三维碳纳米复合材料、其制备方法及应用。

背景技术

葡萄糖传感器是目前使用最为广泛的生物传感器之一，在诊断和治疗糖尿病过程中起着非常重要的作用。现有技术中通常采用石墨烯负载铜纳米颗粒制备非酶葡萄糖传感器，可以克服酶葡萄糖传感器具有的不稳定性的缺陷。例如中国专利201910030193.8采用电化学还原法制备石墨烯负载铜纳米颗粒，CN 111999360 B采用电化学还原法制备石墨烯薄膜/二维层状结构化合物/铜纳米粒子外层复合材料，得到的铜纳米粒子的尺寸为100～400nm，铜纳米粒子的负载量为0.1～0.5mg/g，通过协同导电、大比表面积石墨烯的功能，铜纳米粒子表现优异的电催化传感活性，然而与单原子铜相比，其催化活性要逊色得多，应用效果相对于单原子金属大打折扣。

固定在载体上的单金属原子相比于均相催化剂，具有最大的原子效率，催化性能优异，分离方便，因而引起了人们极大的关注。然而单原子由于其比表面能大、易迁移团聚等问题，因此，有效稳定单原子的原子分散存在诸多挑战。

发明内容

针对现有技术中的不足之处，提供一种石墨烯与碳纳米管形成三维碳纳米材料键合单原子铜形成碳纳米复合材料，可用于制备非酶葡萄糖传感器。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种键合单原子铜的三维碳纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：将超分散剂加入到水中搅拌溶解，加入GNP与CNT，快速搅拌分散均匀后，砂磨3-7h；继续分次加入CNT，研磨时间8-10h，得到GNP/CNT水性纳米浆；

步骤2：将铜盐溶于水后加入到步骤1制备的GNP/CNT水性纳米浆，搅拌1h，得到Cu²⁺/GNP/CNT水性纳米浆；

步骤3：真空干燥步骤2制备的Cu²⁺/GNP/CNT水性纳米浆，粉碎后得到Cu²⁺/GNP/CNT复合纳米粉体；

步骤4：在惰性气体中碳化所述Cu²⁺/GNP/CNT复合纳米粉体，以5℃/min升温至碳化950-1050℃，碳化时间为1-1.5h，即得，记为Cu-GNP/CNT。

进一步地，所述超分散剂为DC-P，结构式为

进一步地，所述超分散剂的用量是GNP与CNT总质量的0.75～1.5％，GNP与CNT的质量比为8:1～16:1。

进一步地，所述GNP/CNT水性纳米浆的固含量为15～20％。

进一步地，所述铜盐是硫酸铜、氯化铜以及硝酸铜中至少一种，其中铜的质量是GNP与CNT总质量的1-2％。

本发明进一步提供一种如上所述的制备方法制得的键合单原子铜的三维纳米复合材料。

本发明进一步提供一种如上所述的键合单原子铜的三维纳米复合材料在非酶葡萄糖传感器中的应用。