柔性CoP/LIF电极缺陷调控无序水活化产氢促进愈合方法与流程

本发明涉及生物医学工程、材料科学以及电化学，尤其涉及柔性cop/lif电极缺陷调控无序水活化产氢促进愈合方法。

背景技术：

1、氢气(h2)能有效消除自由基，其副产物对生物体无害，促进生物系统的抗炎作用。因此，h2作为一种治疗气体具有巨大的临床潜力。例如，zhang等人设计的pdh纳米酶具有独特的四足针状结构，可以有效清除活性氧(ros)中的h2，并在生物系统中产生抗炎作用。此外，luo等人设计的co9se8电极材料独特的串珠结构在细胞ros清除和h2介导的抗炎症方面表现出优异的能力。虽然有一些报道侧重于h2抗炎，但这些报道主要集中于光催化领域。氢气抗炎在电催化中的应用还处于初级阶段。许多关键问题需要迫切解决，例如h2在细胞内发挥抗炎功能的形式，以及如何有效地将电催化电极与小鼠体内抗炎反应结合起来。将电催化反应与生物抗炎过程整合起来仍然具有挑战性，因此需要设计用于生物抗炎的电催化析氢案例，以指导电催化与生物应用的整合。

2、由电子转移介导的水解离引起的电催化析氢反应(her)机制可以验证和帮助发展许多与电化学相关的基本定律和现代概念。这使得her成为一个具有重大科学意义的电化学反应。以往的研究主要集中在酸性和碱性条件下，这极大地促进了电催化储能装置的发展。然而，由于存在过电位高、反应动力学慢、稳定性差等挑战，关于中性条件下电催化析氢反应的报道很少。为了有效地解决这些挑战，需要更深入地了解电极材料和电解质之间的内在关系。界面水是her的关键参与者，但其结构、组成和与材料的相互作用仍不清楚，需要进一步研究。

技术实现思路

1、本发明提供了一种创新的柔性cop/lif电极缺陷调控无序水活化产氢促进愈合方法，通过精确调控cop表面的缺陷结构，实现了中性条件下高效的电催化氢生产，并展现出显著的抗炎和清除活性氧物种(ros)的效果。

2、本发明所采用的技术方案为：柔性cop/lif电极缺陷调控无序水活化产氢促进愈合方法，利用柔性电极材料cop/lif，通过调控电极材料结构的缺陷，实现无序水的活化进而高效产氢，原位产生的氢气促进生物组织愈合，包括以下步骤：

3、步骤一，制备柔性cop/lif电极：首先采用水热法ti foil上原位生长co-前驱体，然后采用热磷化的方法将前驱体转化为cop/ti；

4、步骤二，缺陷调控：热磷化过程中热解的oh和co32-离子被ph3中的p取代，进而形成缺陷态的cop/ti，实现对cop缺陷结构的调控；

5、步骤三，无序水活化产氢：将cop/ti电极置于含有无序水的细胞培养基中，通过电化学工作站施加适当电压，利用电极的缺陷结构活化无序水产生氢气；

6、步骤四，电极转移：利用催化油墨旋涂工艺将高活性的刚性基底上的cop转移到柔性lif导电膜上，得到柔性cop/lif电极；

7、步骤五，促进消炎应用：将三电极体系放置于细胞培养基中，利用持续的氢气促进细胞内炎症的消除；

8、步骤六，皮肤伤口愈合应用：巧妙设计的双电极体系，可以随时为伤口持续提供氢气，有助于伤口的快速愈合。

9、作为本发明进一步的改进，所述步骤一中前驱体/ti的制备方法为：采用高浓度硝酸、去离子水和乙醇对ti foil进行表面清洗，去除氧化物，增加表面羟基的形成；配制含有硫酸钴、氟化铵和尿素的混合溶液；将混合溶液与ti foil同时放入水热反应器中进行水热处理；冷却后用乙醇和去离子水洗涤后得到co-前驱体/ti自支撑材料。

10、作为本发明进一步的改进，所述混合溶液中硫酸钴、氟化铵、尿素的摩尔比为1:2:5；所述水热处理的温度为100℃的恒温，处理时间为12小时。

11、作为本发明进一步的改进，所述步骤一中前驱体/ti转化为cop/ti的方法为：将前驱体/ti与次亚磷酸钠放置在放置在耐高温磁舟中，在氮气气氛下(流速100sccm)进行加热处理，降至室温后取出即得到cop/ti材料。

12、作为本发明进一步的改进，所述加热处理的温度为280℃，加热时间为3小时。

13、作为本发明进一步的改进，所述步骤二中调控cop/ti电极的制备条件包括煅烧和热分解物理处理，进一步改变其缺陷结构。

14、作为本发明进一步的改进，所述步骤三中缺陷改变活性位点的电负性，优化无序水的比值，促进活性水与活性位点的有效接触，增强氢气析出反应。

15、作为本发明进一步的改进，所述步骤四中cop/ti转移到柔性lif导电膜的方法为：将cop从ti基底上刮涂下来，与炭黑混合并分散于水/乙醇混合溶剂中，加入nafion溶液；通过旋涂技术将cop涂覆在柔性lif导电膜上，得到柔性cop/lif电极。

16、作为本发明进一步的改进，所述混合溶剂中水与乙醇的体积比为4:1。

17、作为本发明进一步的改进，所述步骤五中组织细胞为巨噬细胞，通过分析其消炎的机制，促进三电极体系对细胞消炎应用；所述步骤六中组织为为小鼠表皮，器件为二电极体系。

18、本发明的有益效果：本发明为通用材料磷化钴(cop)的电催化析氢和抗炎应用提供了新的见解。exafs数据和原位拉曼光谱证实，在(p)影响的co位点诱导的缺陷在界面处诱导了无序的水网络，这增强了co位点上活性h2o的可用性，调节了her中中间体的形成，从而提高了中性条件下her的性能。通过利用富含缺陷的cop作为基础并将其转移到柔性电极上，cop/lif电极实现了10.0ma cm-2的电流密度，过电位仅为100.0ma cm-2，这种高活性柔性电极(cop/lif)在细胞水平上表现出良好的抗炎作用，并为h2抗炎作用的机制提供了新的见解；一种为简单双电极装置设计的柔性电极成功应用于小鼠伤口炎症模型，有效加速了伤口愈合。本发明不仅为中性her机理的研究提供了一个新的视角，而且为使用通用材料制作生物电极提供了指导，从而扩大了电催化在生物学领域的应用。

技术特征：

1.柔性cop/lif电极缺陷调控无序水活化产氢促进愈合方法，利用柔性电极材料cop/lif，通过调控电极材料结构的缺陷，实现无序水的活化进而高效产氢，原位产生的氢气促进生物组织愈合，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的柔性cop/lif电极缺陷调控无序水活化产氢促进愈合方法，其特征在于，所述步骤一中前驱体/ti的制备方法为：采用高浓度硝酸、去离子水和乙醇对tifoil进行表面清洗，去除氧化物，增加表面羟基的形成；配制含有硫酸钴、氟化铵和尿素的混合溶液；将混合溶液与ti foil同时放入水热反应器中进行水热处理；冷却后用乙醇和去离子水洗涤后得到co-前驱体/ti自支撑材料。

3.根据权利要求2所述的柔性cop/lif电极缺陷调控无序水活化产氢促进愈合方法，其特征在于：所述混合溶液中硫酸钴、氟化铵、尿素的摩尔比为1:2:5；所述水热处理的温度为100℃的恒温，处理时间为12小时。

4.根据权利要求1所述的柔性cop/lif电极缺陷调控无序水活化产氢促进愈合方法，其特征在于，所述步骤一中前驱体/ti转化为cop/ti的方法为：将前驱体/ti与次亚磷酸钠放置在放置在耐高温磁舟中，在氮气气氛下(流速100sccm)进行加热处理，降至室温后取出即得到cop/ti材料。

5.根据权利要求4所述的柔性cop/lif电极缺陷调控无序水活化产氢促进愈合方法，其特征在于：所述加热处理的温度为280℃，加热时间为3小时。

6.根据权利要求1所述的柔性cop/lif电极缺陷调控无序水活化产氢促进愈合方法，其特征在于：所述步骤二中调控cop/ti电极的制备条件包括煅烧和热分解物理处理，进一步改变其缺陷结构。

7.根据权利要求1所述的柔性cop/lif电极缺陷调控无序水活化产氢促进愈合方法，其特征在于：所述步骤三中缺陷改变活性位点的电负性，优化无序水的比值，促进活性水与活性位点的有效接触，增强氢气析出反应。

8.根据权利要求1所述的柔性cop/lif电极缺陷调控无序水活化产氢促进愈合方法，其特征在于，所述步骤四中cop/ti转移到柔性lif导电膜的方法为：将cop从ti基底上刮涂下来，与炭黑混合并分散于水/乙醇混合溶剂中，加入nafion溶液；通过旋涂技术将cop涂覆在柔性lif导电膜上，得到柔性cop/lif电极。

9.根据权利要求8所述的柔性cop/lif电极缺陷调控无序水活化产氢促进愈合方法，其特征在于：所述混合溶剂中水与乙醇的体积比为4:1。

10.根据权利要求1所述的柔性cop/lif电极缺陷调控无序水活化产氢促进愈合方法，其特征在于：所述步骤五中组织细胞为巨噬细胞，通过分析其消炎的机制，促进三电极体系对细胞消炎应用；所述步骤六中组织为为小鼠表皮，器件为二电极体系。

技术总结本发明涉及生物医学工程、材料科学以及电化学技术领域，尤其涉及柔性CoP/LIF电极缺陷调控无序水活化产氢促进愈合方法。利用柔性电极材料CoP/LIF，通过调控电极材料结构的缺陷，实现无序水的活化进而高效产氢，原位产生的氢气促进生物组织愈合，包括以下步骤：制备柔性CoP/LIF电极；缺陷调控；无序水活化产氢；电极转移；促进消炎应用；皮肤伤口愈合应用。本发明提供了一种创新的柔性CoP/LIF电极缺陷调控无序水活化产氢促进愈合方法，通过精确调控CoP表面的缺陷结构，实现了中性条件下高效的电催化氢生产，并展现出显著的抗炎和清除活性氧物种(ROS)的效果。技术研发人员：罗贤柱,罗攀,曹红帅,章庆国受保护的技术使用者：罗贤柱技术研发日：技术公布日：2024/11/18