[发明专利]一种氮掺杂棉花碳纤维修饰电极的制备和应用

说明书

本发明提供了一种氮掺杂棉花碳纤维超氧阴离子电化学传感器的制备方法，以棉花和脲为前躯体进行碳化并氮掺杂，制得一种氮掺杂棉花碳纤维（NCFs）材料，再将NCFs材料配成分散液滴涂在玻碳电极表面，并进一步电沉积银纳米粒子（AgNPs），制得最终修饰电极（AgNPs/NCFs/GCE）。该修饰电极对O₂^•−有很好的电化学响应，具有宽至10个数量级的线性范围、超低的检测限（2.32×10^‑15 M）、抗干扰性能强、以及稳定性和重现性好等特点；此外，该修饰电极电极用于药物抗氧化剂清除超氧阴离子能力的电化学检测中得出满意结果，表明该修饰电极在生物传感器中有很好的应用前景，并有望应用于药物性能的检测。

技术领域

本发明涉及一种超氧阴离子电化学传感器的制备，尤其涉及一种氮掺杂棉花碳纤维修饰电极的制备方法；本发明同时涉及该修饰电极作为电化学传感器在检测超氧阴离子（O₂^•−）的应用。

背景技术

活性氧（ROS）是重要的细胞内信号分子，主要调节蛋白质合成、细胞凋亡、可导致生物膜系统损伤以及细胞内氧化磷酸化障碍等等。其中，超氧阴离子（O₂^•−）作为最重要且最活跃的ROS之一，参与了许多生理和病理过程。近年来，O₂^•−浓度与人类健康之间的关系引起了极大关注，从体内应用学的角度，要求O₂^•−的动态检测线性范围宽，不仅在毫摩尔、微摩尔的摩尔浓度，甚至需要延伸至纳摩尔级别的摩尔浓度。与此同时，由于O₂^•−极不稳定，很容易衰变为其它活性氧单元，因此，建立高效、可靠的定性定量检测方法仍是一个难点。

电化学方法由于其简单易用、低成本、可靠性高、灵敏度高、选择性好、检出限低而受到广泛关注。研究较为广泛的是酶传感器。然而，由于酶的活性中心被表面蛋白质覆盖，造成电子传递困难。此外，酶的价格昂贵，容易失活，对环境要求较高，酶电极的制备较为繁琐且不易储存，这些不足都大大限制了酶传感器的发展。因此，研制具有低检测限的无酶O₂^•−传感器就显得尤为重要。

随着绿色经济发展和社会可持续发展的需要，生物质碳纤维受到广泛的关注。与其它无机和合成有机产品相比，天然产品来源丰富、可再生、可生物降解、成本低，适合大规模生产和实际应用。天然棉花由于具有良好的吸附性能和大的比表面积等特点引起了人们的广泛关注。据报道，通过特殊的活化和改性可以改进棉花碳纤维的性能，氮掺杂改性棉花碳纤维（NCFs）有更多的结构缺陷，从而能够促进电子的快速转移，在气体分离、海水淡化、燃料电池、电化学电容器和电化学传感器中有潜在的应用价值。然而，目前有关氮掺杂棉花用于传感器的报道很少，尤其是未见用于超氧阴离子传感器的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种氮掺杂棉花碳纤维修饰电极的制备方法；

本发明同时还涉及该修饰电极作为氧阴离子电化学传感器的应用。

一、氮掺杂棉花碳纤维修饰电极的制备

（1）氮掺杂棉花碳纤维（NCFs）的制备：将医用脱脂棉在脲的水溶液中，超声使棉充分分散均匀，在60~80℃下保持20~24h，然后置于管式炉中，在N₂保护下升温到700~800℃，煅烧2~3h，降温至室温，研磨，得到氮掺杂棉花碳纤维NCFs。

（2）玻碳电极的预处理：将玻碳电极依次用0.30μm、0.05μm的三氧化二铝悬浊液抛光成镜面，再依次经体积分数为95 %的乙醇、二次蒸馏水超声清洗后，得到处理后的玻碳电极；然后以玻碳电极为工作电极、铂柱为对电极、饱和甘汞电极为参比电极的三电极体系，含有1.0mM铁氰化钾探针分子的0.1M硝酸钾电解质溶液，进行循环伏安扫描（扫速为50mV/s），最后将电极取出并用二次蒸馏水冲洗并吹干；