[发明专利]负载有钴基化合物的碳纳米纤维及其制法和应用

说明书

本发明公开了负载有钴基化合物的碳纳米纤维及其制法和应用，包含一维氮掺杂碳纳米纤维骨架，和负载于所述碳纳米纤维骨架表面的钴基化合物，所述钴基化合物选自四氧化三钴、磷化钴或二硫化钴，所述四氧化三钴的质量占所述负载有钴基化合物的碳纳米纤维的50‑80％，所述二硫化钴的质量占所述负载有钴基化合物的碳纳米纤维的12‑25％，所述磷化钴的质量占所述负载有钴基化合物的碳纳米纤维的5‑10％。本发明制备得到的负载有钴基化合物的氮掺杂碳纳米纤维用做无酶电化学葡萄糖传感电极材料时，在中性条件下具有较高的灵敏度和电化学催化性能，且合成方法简单，成本较低，易于推广。

技术领域

本发明涉及葡萄糖检测领域，主要涉及无酶葡萄糖传感器电极材料领域，具体涉及一种负载有钴基化合物的碳纳米纤维及其制法和应用。

背景技术

有效监测血糖水平并严格控制血糖在糖尿病和慢性病等领域具有重要意义。在过去的几十年里，很多科研工作者一直致力于对各种电催化材料的探究，无论是金属氧化物、金属合金、贵金属等，这些材料在催化过程中高度依赖电解液中的氢氧根，这些材料多数是在较高的pH中以获得较高的灵敏度和检测范围。也因为在电解液中缺乏了氢氧根，很大程度上限制了无酶葡萄糖传感器实际应用。

Sun Q.Q.等的论文Analysis of cobalt phosphide(CoP)nanorods designedfor non-enzyme glucose detection表明，制备了磷化钴纳米棒，并对其作为非酶葡萄糖检测的电催化剂进行了评价。纳米棒首次被用于修饰电极表面，并在没有酶帮助的情况下检测葡萄糖。对其电化学性能进行测试，磷化钴在碱性电解液下的灵敏度约为116.8μA·mM^-1·cm^-2，电极材料的检出限为9μM，但在碱性电解液条件下不利于推进实验室的检测手段向生物体内葡萄糖浓度的实时检测领域的应用。

综上所述，需要找到一种简单高效的制备方法，以合成具有负载有钴基化合物纳米材料并确保该材料在中性条件下具有较高的灵敏度和电化学催化性能，以满足其作为无酶电化学葡萄糖传感电极材料在葡萄糖检测种的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供负载有钴基化合物的碳纳米纤维及其制法和应用，所要解决的技术问题是采用操作简单的静电纺丝技术，得到形貌均一的纳米材料，在纳米材料表面负载钴元素，且对钴元素进行表面处理，增强其吸附水中氢氧根离子的能力，并在中性电解液条件下对其电催化性能进行测试，实验过程使用中性电解液，使材料能够真正应用到生物体内葡萄糖浓度的实时检测。

本发明解决技术问题，采用如下技术方案：

一种负载有钴基化合物的碳纳米纤维，其特征在于，包含一维氮掺杂碳纳米纤维骨架，和负载于所述碳纳米纤维骨架表面的钴基化合物，所述钴基化合物选自四氧化三钴、磷化钴或二硫化钴，所述四氧化三钴的质量占所述负载有钴基化合物的碳纳米纤维的50-80％，所述二硫化钴的质量占所述负载有钴基化合物的碳纳米纤维的12-25％，所述磷化钴的质量占所述负载有钴基化合物的碳纳米纤维的5-10％。

优选的，上述负载有钴基化合物的碳纳米纤维中，所述四氧化三钴的质量占所述负载有钴基化合物的碳纳米纤维的65-80％，优选为75-80％。

优选的，上述负载有钴基化合物的碳纳米纤维中，所述二硫化钴的质量占所述负载有钴基化合物的碳纳米纤维的20-25％。

优选的，上述负载有钴基化合物的碳纳米纤维中，所述磷化钴的质量占所述负载有钴基化合物的碳纳米纤维的8-10％。

优选的，上述负载有钴基化合物的碳纳米纤维中，所述碳纳米纤维由包含下述步骤的方法制备得到：

(1)将聚丙烯腈溶解于N,N-二甲基甲酰胺溶液中，加入钴盐，形成纺丝溶液；

(2)将所述纺丝溶液进行静电纺丝，得到含钴盐的聚丙烯腈纤维；