一种可用于葡萄糖检测的纳米多孔镍钼基非晶合金

本发明属于电化学葡萄糖检测，涉及一种电化学葡萄糖检测用纳米多孔非晶合金电极及其制备方法。

背景技术：

1、糖尿病是一种由于人体胰岛素产生不足导致的体液中葡萄糖浓度过高所引起的疾病。2021年国际糖尿病联盟发布的关于糖尿病报告表明，全球成年糖尿病患者人数达到5.37亿，增幅达16%。因此，为了加强对糖尿病的早期预测与干预，迫切需要高电化学灵敏度的葡萄糖传感器的研发。

2、传统的商用含酶类葡萄糖传感器价格昂贵，且检测时由于酶活性催化中心易受到环境中诸如温度、湿度、ph值等因素的影响，经常会发生酶失活现象从而导致重复使用性较差。而新型的电化学非酶葡萄糖传感器由于其性能稳定、制备简单的优势而被广泛使用。纳米非晶合金由纳米级的非晶颗粒通过界面区域连接而成，原子结构长程无序，具有表面配位高度不饱和性以及较高的表面能和吉布斯自由能等特点，独特的界面结构引入的结构不均匀特征，大幅提高了非晶的能量状态，使得腐蚀更易进行，带来更高效的电化学性能，是理想的用于电化学非酶葡萄糖传感器材料。因此以纳米非晶合金作为前驱体，通过模板法、脱合金法等方法制备的纳米多孔材料往往具有较大比表面积以吸附葡萄糖分子与表面丰富的活性位点进行反应，并可以通过修饰功能基团等方法提高材料催化效果。然而当前葡萄糖电催化氧化合金主要有au基、ag基、pt基等贵金属材料，其成本昂贵，不适合大规模应用。因此，开发一种低成本、高灵敏度的纳米非晶材料是当前领域急需解决的关键核心问题。

3、

技术实现思路

1、鉴于此，本发明通过合金组分设计，采用惰性气体冷凝蒸发法和化学腐蚀相结合的方法，提供了一种低成本，高葡萄糖检测灵敏的纳米多孔镍钼磷硼非晶合金。

2、实现本发明目的的技术方案为：

3、一种纳米多孔非晶合金，其成分为niamobpcbd，其中，a、b、c、d均为原子比，2≤(a+b)/(c+d)≤6。

4、优选地，其成分为ni64mo16p16b4 或ni68mo12p16b4。

5、上述镍钼磷硼纳米多孔非晶合金的制备方法，具体步骤如下：

6、第一步，将ni、mo、p、b单质原料根据目标非晶合金的原子比进行称量后，置于感应熔炼炉中进行初步合金化；再将得到的合金锭放入电弧熔炼炉中多次熔炼，得到成分均匀的合金锭；

7、第二步，在石英管中加入氧化硼并随马弗炉升温至1000 ℃，加入第一步所得合金锭，继续加热至合金熔点以上，保温一段时间后迅速水冷，对样品进一步进行提纯；

8、第三步，将第二步得到的合金锭放入电弧熔炼炉中熔融后，进行吸铸操作，使熔融合金吸入模具中冷却成型，制备镍钼磷硼靶材；

9、第四步，将第三步所得靶材固定在腔室中，抽真空，再向腔室中充入高纯氦气，利用激光轰击金属靶材，使得靶材表面蒸发出金属原子与腔室中的氦气进行碰撞冷却，最终使金属原子凝结形成纳米非晶合金粉末；

10、第五步，将第四步所得粉末在第一压力下初压成片后，在第二压力下压制成具有不同比表面积的非晶合金薄片；

11、第六步，将第五步所得薄片在硝酸和乙酸混合溶液中腐蚀后，清洗、干燥，得到具有多孔纳米结构的薄片。

12、较佳的，ni、mo、p、b单质原料的选取纯度为99.0-99.99%。

13、较佳的，第一步中，感应熔炼电流为40~60 a；电弧熔炼电流为140~170 a。

14、较佳的，第三步中，电弧熔炼电流为140~170 a。

15、较佳的，第四步中，抽真空至10-4pa-10-7pa，向腔室中充入200pa-800pa的高纯氦气。

16、较佳的，第四步中，激光发射功率为50w-100w，波长为808nm，980nm或1.064μm。

17、较佳的，第五步中，第一压力为150mpa-800mpa；第二压力为1gpa-5gpa。

18、较佳的，第六步中，硝酸和乙酸体积比为1: 1；腐蚀温度为5~60℃，腐蚀时间为200~800秒，利用不同元素腐蚀电位差异，得到具有丰富多孔纳米结构的薄片。

19、本发明还提供了上述镍钼磷硼纳米多孔非晶合金作为检测葡萄糖电极材料的用途。

20、与现有的技术相比，本发明具有以下优点和效果：

21、（1）与酶类葡萄糖检测材料相比，本发明制备的纳米多孔镍钼磷硼材料，具有性能稳定，不受温度、湿度、ph值、和有毒化学物质等因素的影响；同时，与传统的非晶材料相比，纳米结构非晶合金界面引入的结构不均匀特征，大幅提高了非晶合金的能量状态，使得腐蚀更易进行，表面具有更高的自由能和更丰富的活性位点；与现有贵金属葡萄糖检测材料相比，成本更低，易于推广。

22、（2）与传统纳米结构材料制备方法相比，如湿化学法、pld等，本发明设计的制备方法工艺简单，可以得到表面清洁、无基底、尺寸可控、大小均匀的非晶纳米粉末，可根据需要制备不同尺寸和比表面积的葡萄糖检测电极。

23、（3）与传统脱合金方法相比，本发明设计的腐蚀方法，利用不同元素的腐蚀电位差异特点，控制多孔结构的孔隙大小及孔隙分布，得到具有丰富多孔纳米结构的薄片电极，提高电极与葡萄糖接触的面积。

技术特征：

1.一种纳米多孔非晶合金，其特征在于，其成分为niamobpcbd，其中，a、b、c、d均为原子比，2≤(a+b)/(c+d)≤6。

2. 如权利要求1所述的纳米多孔非晶合金，其特征在于，其成分为ni64mo16p16b4 或ni68mo12p16b4。

3.如权利要求1或2所述的纳米多孔非晶合金的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

4. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，第一步中，感应熔炼电流为40~60 a；电弧熔炼电流为140~170 a。

5. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，第三步中，电弧熔炼电流为140~170 a。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，第四步中，抽真空至10-4pa-10-7pa，向腔室中充入200pa-800pa的高纯氦气。

7.如权利要求3所述的方法，其特征在于，第四步中，激光发射功率为50w-100w，波长为808nm，980nm或1.064μm。

8.如权利要求3所述的方法，其特征在于，第五步中，第一压力为150mpa-800mpa；第二压力为1gpa-5gpa。

9. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，第六步中，硝酸和乙酸体积比为1: 1；腐蚀温度为5~60℃，腐蚀时间为200~800秒。

10.如权利要求1或2所述的纳米多孔非晶合金作为检测葡萄糖传感器的电极材料的用途。

技术总结本发明公开了一种可用于葡萄糖检测的纳米多孔镍钼基非晶合金，其成分为Ni<subgt;a</subgt;Mo<subgt;b</subgt;P<subgt;c</subgt;B<subgt;d</subgt;，其中，a、b、c、d均为原子比，2≤(a+b)/(c+d)≤6。其步骤为：将原料熔炼成锭并利用熔融包覆法提纯制作靶材；利用惰性气体冷凝法制备镍钼磷硼非晶合金纳米粉末并在高压条件下压制成片；将上述薄片在硝酸和乙酸混合溶液中腐蚀，得到具有多孔纳米结构的薄片电极。镍钼磷硼纳米非晶合金材料独特的界面结构引入的结构不均匀性，大幅提高了非晶表面的能量状态，也使得腐蚀更易进行，具有丰富的孔洞结构，可提高葡萄糖检测的灵敏度。且该体系元素成分可控，成本低；制备工艺简单，有利于快速推广应用。技术研发人员：兰司,娄宇,姚忠正,朱贺,英会强,伏澍受保护的技术使用者：南京理工大学技术研发日：技术公布日：2024/6/11