[发明专利]NiAl-层状双金属氢氧化物/碳纳米管复合物电极及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于电催化电极的制备技术领域，涉及一种高催化活性的NiAl-层状双金属氢氧化 物/碳纳米管复合物修饰的电极及其制备方法，及将该电极用于电催化氧化葡萄糖。

技术背景

21世纪糖尿病成为人们关心的健康疾病，据估计到2025年，在世界范围内患有糖尿病 的人口数将为现在的两倍，达到30亿人，因此控制和治疗糖尿病是一项非常重要的任务。目 前主要是通过显色法、荧光法、酶电极法来检测血液中葡萄糖的浓度，多报道的是用酶电极 法。众所周知，酶具有高效、专一的优点，但是同时它也存在着催化活性不高、稳定性差、 受温度和pH的变化影响大的缺点【E.Shoji，M.S.Freund，J.Am.Chem.Soc.2001，123，3383.】。 也有人报道用铂电极和金电极电氧化葡萄糖，可是其催化活性和稳定性都不高，而且价格昂 贵。因此探索高催化活性、稳定性好、重复性好、灵敏度高、价格低廉的电极来检测葡萄糖 是一项非常有意义的项目。

自从1991年被发现以来，碳纳米管(CNTs)由于独特的物理化学特征和纳米尺寸效应备受 人们的关注。在复合材料方面，碳纳米管因其高比表面、高机械强度、稳定性好的特点，是 复合材料的优秀载体候选材料。而且研究表明碳纳米管能够抑制复合物中晶粒的生长，并且 还能促进复合物中电活性物质的电子传递。因此近年来将碳纳米管基复合物用于催化、生物 传感器、超级电容器、电池等方面已经成为研究的热点。Peng等人【P.Peng，et al.Appl Catal A：Gen，2007，321，190】将RuO₂纳米粒子均匀负载在碳纳米管上，这样不仅得到相对较小粒 径的RuO₂，而且其表现了很高的催化活性和选择性。在MnO₂/CNTs复合物中【Z.Fan，et al. Diam Relat Mater，2006，15，1478】，MnO₂包裹在CNTs表面，由于碳纳米管能够加速电子传递 的作用，此复合体系表现了很好的充放电性质，有待于发展成为一种很好的超级电容器。除 此之外，Qu等发现由于碳纳米管高的机械强度，Mg(OH)₂/CNTs复合物对卤素是一种很好的 阻燃剂【L.Ye，Q.Wu，et al.Polym Degrad Stabil，2009，94，751】。

层状双金属氢氧化物(LDH)是一种阴离子型层状无机功能材料，它是由带正电荷的层板 及位于层间的阴离子和水组成。其化学组成为[M²⁺_1-XM³⁺_X(OH)₂]^X+(A^n-)_X/n·mH₂O，其中M²⁺、 M³⁺为二价、三价金属阳离子；A^n-为层间阴离子。由于层状双金属氢氧化物组成多样、结晶 度好、比表面积大、特殊的层状结构的特点，被广泛用于催化剂、催化载体、电极材料、添 加剂及药物缓释剂等许多功能材料【X.Xiang，Li F，et al.Chem Mater，2008，20，1173】。其中含 有变价金属离子的层状双金属氢氧化物也可用于电池及电极材料，例如Ni基、Co基、Mn 基层状双金属氢氧化物。然而由于纳米尺寸效应和层状双金属氢氧化物晶粒之间的氢键作用， 使得层状双金属氢氧化物纳米粒子之间相互团聚聚集，这样会造成比表面积小、分散性差、 活性部位减少，从而影响其性能。为了克服这一弊端，本发明以碳纳米管为载体，利用层状 双金属氢氧化物带正电荷的层板和酸处理后带负电荷的碳纳米管表面之间的静电作用，将 NiAl-层状双金属氢氧化物原位生长在碳纳米管表面，这样不仅由于碳纳米管的载体作用，提 高层状双金属氢氧化物粒子的分散性，暴露出更多的电催化活性中心Ni²⁺，而且由于碳纳米 管能够加速电子传递，这样有利于提高Ni²⁺的电催化活性。除此之外，碳纳米管之间互相缠 绕成网状结构的特点，有利于层状双金属氢氧化物在电极表面的稳定性。

发明内容