[发明专利]银‑二氧化钛负载的氮杂三维石墨烯气凝胶的制备方法及用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种简单、有效地制备银-二氧化钛负载氮杂三维石墨烯气凝胶的方法，属于电化学功能纳米材料制备领域。

背景技术

光电传感(PEC)作为一种新型且具有广泛应用价值的分析技术。PEC就是利用具有光电化学活性的物质光电流与被检测物质之间存在的物理、化学作用所呈现的线性关系，而建立起来灵敏的传感装置。PEC由于其具有高灵敏性、易操作、高精度、成本廉价等优点受到关注。探索和开发新型高效光电材料在光电传感研究中至关重要。TiO₂作为一种传统半导体，由于具有无毒性、高稳定性、生物相容性等优良的性质，已被研究者们广泛应用研究。

然而，单体的TiO₂的太阳光利用率由于其宽的能带隙(3.2eV)导致其可见光吸收效率低和光生电子与空穴重组，这很大程度上阻碍其在光电传感的应用。由于上述缺点，众多研究致力于改善TiO₂性能以最大程度地提高其可见光吸收，提高TiO₂的光敏性。例如Ag、Au等贵金属可以有效减少光生电子与空穴的重组。此外，贵金属由于其局部表面等离子共振效应(LSPR)可以进一步提高可见光吸收。同时，研究表明将石墨烯和TiO₂复合是一种有效的方式提高TiO₂的光活性，这是由于石墨烯的加入有效提高其电荷传递和增强其可见光吸收。石墨烯是一种二维sp²杂化结构的纳米片，具有高的比表面积和高导热系数等优点。此外，石墨烯具有高载流子性能，可以有效提高石墨烯基负载金属氧化物纳米复合材料的导电性能。然而，大多数纳米材料具有二维结构，这极大限制了复合材料比表面积的提高。制备具有三维结构的石墨烯是解决上述问题最有潜力的方法之一。与二维石墨烯相比，三维石墨烯不仅具有石墨烯本身优异的物理化学性质，而且有着较大的比表面可以提供更多的活性位点有效固定纳米材料。目前，三维石墨烯已经在光催化、气体传感器、超级电容器和其他的电化学领域中具有广泛的应用。同时3D石墨烯水凝胶可以有效吸收有机污染物和提供多维电子传递途径。氮原子的加入可以加速与相邻碳原子间的电子传递并减少电荷和空穴重组。因此，探索合成Ag、TiO₂和3D氮杂石墨烯水凝胶三元复合物和研究其性质是非常有必要的。然而，据我们所知目前还没有将Ag-TiO₂/氮杂石墨烯水凝胶(3DNGH)应用于PEC传感领域研究。因此，Ag-TiO₂/3DNGH应用于PEC领域具有良好的发展前景。

发明内容

本文旨在发明一种合成简单、操作简便、高选择性的光电化学传感器直接检测凝血酶，并提供一种合成工艺简单的银-二氧化钛负载的氮杂三维石墨烯气凝胶的方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一步制备银-二氧化钛负载的氮杂三维石墨烯气凝胶的方法，步骤如下：

步骤1、将氧化石墨烯(GO)分散于去离子水中超声均匀后，加入甘氨酸、硝酸银和硫酸钛，得分散液；

步骤2、将分散液转移至不锈钢高压反应釜灼烧；

步骤3、灼烧完毕后，待不锈钢高压反应釜冷却至室温，收集并清洗所得固体样品；

步骤4、样品进行冷冻干燥2天，得到最终产物银-二氧化钛负载的氮杂三维石墨烯气凝胶(Ag-TiO₂/3DNGH)。

步骤1中，所述氧化石墨烯、甘氨酸、硝酸银和硫酸钛在去离子水中的质量浓度比为4:10:3:24。

步骤2中，所述灼烧的温度为180℃，灼烧时间为12h。

步骤3中，所述清洗为用水清洗，次数为3次。

所述银-二氧化钛负载的氮杂三维石墨烯气凝胶用于光电化学检测凝血酶，步骤如下：

(1)氧化铟锡透明导电玻璃电极表面预处理：

氧化铟锡透明导电玻璃电极(ITO，1×3cm)使用前，用200ml的溶液包含75ml，1mol/L的氢氧化钠的溶液煮沸三十分钟，再用二次水超声清洗30min，最后用无水乙醇淋洗，红外灯下烘干备用。

(2)光电化学生物传感器的构建：