镍基葡萄糖传感材料的制备及其电化学性能研究

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糖尿病是一种常见的慢性疾病,迄今为止糖尿病仍无法被彻底治愈。糖尿病治疗的过程中需要长期对血糖浓度进行检测,因而开发简便高效的葡萄糖检测方法尤为重要。随着纳米技术的发展,非酶葡萄糖生物传感器由于其稳定性好、廉价、灵敏度高等优点成了葡萄糖检测的研究热点。本文综述了各类非酶葡萄糖传感材料的研究发展现状,并合成了一系列的镍基电催化复合材料,对其非酶葡萄糖传感性能进行了研究,研究结果如下:(1)通过简单的两步水热法将碳球和Ni3(PO4)2复合,合成了 Ni3(PO4)2/CSs复合微球。对Ni3(PO4)2/CSs复合材料的形貌和结构进行了表征,并研究了其葡萄糖传感性能。结果表明Ni3(PO4)2/CSs修饰电极具有良好的葡萄糖传感性能,其线性范围分别为5 μM-2.5 mM和2.5 mM-7.5 mM,相应的灵敏度分别为480.153μA·mM-1·cm-2 和 219.898 μA.mM-1·cm-2,最低检测限为 1.67 μM(S/N=3)。此外,Ni3(PO4)2/CSs对L-赖氨酸、NaCl、尿素、L-缬氨酸、抗坏血酸、L-亮氨酸和L-脯氨酸也有较好的抗干扰性能。并且在实际的血清样品测试中也表现出来良好的检测效果,回收率在95.2%-96.6%之间。Ni3(P04)2/CSs复合催化剂的良好葡萄糖传感性能,可能是由于Ni3(P04)2和碳球具有协同作用,从而有利于电荷转移效率的提高。(2)以尿素同时作为NH4+源和分子模板,成功制备了磷酸镍铵(NH4NiPO4·H2O)纳米棒。对NH4NiPO4·H2O纳米棒的形貌和结构进行了表征,并研究了其葡萄糖传感性能。NH4NiPO4·H2O纳米棒修饰电极具有良好的葡萄糖传感性能,具有5 μM-2.4 mM和2.4 mM-5.7 mM两个线性检测范围,灵敏度分别为 508.405 μAmM-1·cm-2 和 250.038 μA·mM-1·cm-2,最低检测限为1 μM(S/N=3)。此外,NH4NiPO·H2O纳米棒对L-赖氨酸、抗坏血酸、L-缬氨酸、NaCl、尿素、L-亮氨酸和L-脯氨酸具有较好的抗干扰能力。并且在实际血清样品测试中具有良好的检测效果,回收率在103.2%-107.5%之间。NH4NiPO4·H2O纳米棒良好的葡萄糖传感性能可能是由于NH4NiP04具有内在的层状结构,且各层可通过氢键与NH4+阳离子相互连接为葡萄糖催化氧化提供了便利的通道,使得葡萄糖更容易接近催化剂。(3)利用Ni-MOF作为前驱体,通过合适的温度煅烧,制备了多孔多面体结构NiO/C复合材料。对多孔多面体结构NiO/C复合材料的形貌和结构进行了表征,并检测了其葡萄糖传感性能。结果表明400℃煅烧的NiO/C复合材料具有最好的葡萄糖传感性能,其线性范围为5μM-4.1mM,灵敏度为2918.201μA·mM-1·cm-2,检测下限为0.92μM(S/N=3)。此外,NiO/C-400℃对赖氨酸、尿素、L-亮氨酸、抗坏血酸、L-缬氨酸、NaCl、L-谷氨酸和L-脯氨酸具有良好的抗干扰能力。并且在真实血清样品测试中表现出较好的结果,回收率在103%-108.1%之间。NiO/C复合材料良好的葡萄糖传感性能可能是由于其具有较小的粒径,并且和碳材料具有协同效应,有利于电子的传递,加强了葡萄糖传感性能。(4)通过简单的两步水热法合成了 NiCo2O4/CSs复合微球。对NiCo204/CSs复合材料的组成和形貌进行了表征,并检测了其葡萄糖传感性能。结果表明复合比为1:5时NiCo2O4/CSs修饰电极具有最好的葡萄糖传感性能,其线性范围为2μM-4mM,灵敏度为 591.306μA.mM-1·cm-2,检测下限为 1.4μM(S/N=3)。此外,NiCo2O4/CSs还具有优良的选择性,并且在真实血清样品检测中具有较好的应用前景,回收率在94.2%-97.6%之间。NiCo2O4/CSs复合材料对葡萄糖电催化氧化能力提高可能是由于NiCo204和碳球的协同作用导致的电荷转移效率提高所致。
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