[发明专利]Co3O4纳米晶、其制备方法、用途及无酶过氧化氢传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米结构，特别涉及一种Co₃O₄纳米结构、其制备方法、用途及过氧化氢传感器。

背景技术

过氧化氢(H₂O₂)是一种在环境和生物体系中都非常重要的中间化合物，目前已广泛应用于污染控制、纺织和造纸漂白、食品生产、杀菌剂等领域中。然而，众所周知，它也是一种对环境具有危害的化学试剂，并且会导致多种疾病的发展。因此准确测定过氧化氢的浓度对环境、制药、临床与工业研究等方面显得至关重要。电化学法是检测H₂O₂最方便的一种方法，然而，由于缓慢的动力学过程以及氧化还原反应所需的高的超电势，使得过氧化氢不适合直接在裸露的电极上利用电化学分析方法来检测，而必须利用化学方法对电极进行修饰。最近，科学家们研究了过氧化氢生物传感器，这种生物传感器是将酶/蛋白质固定在各种材料上用来修饰电极形成的，比如血红蛋白固定在多壁碳纳米管上、细胞色素c固定在硅镁土上、辣根过氧化物酶固定在陶瓷碳纳米管复合薄膜上等等。然而，酶/蛋白质等生物分子的固定过程是非常复杂的，而且由于酶本身的内在特征，其活性很容易受到温度、湿度和pH值等因素的影响，使得这些过氧化氢生物传感器的应用受到极大的限制，因此发展一种稳定的、易操作且高效率的无酶过氧化氢传感器具有非常重要的实际意义。

最近，合成不同纳米结构的金属有机配合物吸引了大量配位化学研究者的兴趣。金属有机纳米结构作为前驱物通过热分解可以获得具有相应的纳米结构的金属氧化物，如金属/无定形碳、金属/碳纳米管、金属/石墨等，这为纳米材料的合成提供了一种新的途径。本发明利用金属钴与8-羟基喹啉之间的配位作用，首次合成了一种具有花枝状结构的Co-8-羟基喹啉配合物，成功将其转化为花枝状的Co₃O₄纳米晶，并将其发展为无酶过氧化氢传感器，使之用于H₂O₂浓度的检测。

发明内容

本发明的目的在于提供具有花枝状结构的Co-8-羟基喹啉配合物以及花枝状的Co₃O₄纳米晶，并同时提供了这两种结构制备的有效方法。

本发明的另一个目的是将上述花枝状的Co₃O₄纳米晶，用于H₂O₂浓度的检测，提供一种有效的无酶H₂O₂传感器。

本发明中的Co₃O₄纳米晶，具有花枝状形貌。

所述花枝状形貌是由从中心向外侧发散生长排列的Co₃O₄纳米棒组成，纳米棒的直径为10-100纳米，长度为500纳米-5微米。

本发明中的Co₃O₄纳米晶的制备方法：将Co²⁺水溶液与尿素和8-羟基喹啉混合，在160-220℃下水热条件下保持16-36小时，分离所得产物经洗涤干燥后，在空气中400-500℃焙烧0.5-2小时，反应获得的固体沉积物即为所述的纳米四氧化三钴。

所述Co²⁺水溶液为硝酸钴水溶液，具体步骤如下：

a)将硝酸钴、尿素和八羟基喹啉按质量比3∶2∶1在水中混合；

b)将上述混合溶液倒入高压釜中，关闭高压釜，于180-220℃保持20-28小时；

c)冷却到室温，固体产物经分离、洗涤后干燥；

d)在空气中450℃焙烧1小时，收集固体产物。

本发明Co₃O₄纳米晶，可用于检测过氧化氢的浓度。

将本发明Co₃O₄纳米晶修饰于惰性电极上可制成H₂O₂传感器，用于测量溶液中H₂O₂的含量和浓度。

所述惰性电极为玻碳电极、铂电极或金电极。