[发明专利]一种氮掺杂碳包覆TiC的材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于纳米材料领域，公开了一种氮掺杂碳包覆TiC的材料及其制备方法和应用。该材料是氮掺杂碳包覆TiC的材料，具有核壳结构，其中TiC为核，氮掺杂碳形成的碳纳米纤维阵列结构为壳。该材料是生长在导电基底上，具有准垂直的纳米阵列结构特点，不要预处理即可直接作为工作电极，可避免产生接触电阻，同时该材料的特殊结构易于与电解质的良好接触。该材料通过一步热化学反应即可制得。该材料用于检测共存的多巴胺、抗坏血酸、尿酸和血清素的物质时，对多巴胺具有灵敏度高和选择性好的特点。当多巴胺的浓度低至0.5μmol/L，该材料对多巴胺依然具有检测灵敏度高和选择性好的特点。

技术领域

本发明属于纳米材料领域，特别涉及一种氮掺杂碳包覆TiC的材料及其制备方法和应用。

背景技术

碳纳米材料因具有的成本低、比表面积大、导电性好，在电化学领域应用广泛，特别是作为催化剂和在电化学传感器方面的应用。近年来，碳纳米材料的兴起为设计和制备高性能的碳基电极材料提供了新的思路。目前，虽然已成功制备多种形式的碳纳米材料，例如，碳黑、碳纳米纤维、碳纳米管、石墨烯和C₆₀(富勒烯)碳基材料。然而，这些碳基都是堆叠在一起，鲜有形成具有定向碳纳米纤维阵列结构(ACNFs)的材料，因此存在以下的不足：首先，堆叠在一起的碳基材料，内部的材料难以接触电解质，不仅电子转移和传质速度慢，碳基材料的利用率也低，稳定性也差；其次，以上的碳基材料不是直接生长在导电基底上，在制备成电极使用时，需要额外添加粘合剂，这会增加电阻，导致电性能下降；最后，制备过程十分复杂，往往需要使用模板辅助生长、微波等离子体增强化学气相沉积(CVD)和紫外激光照射等方法在基底上生长。

另外，多巴胺(DA)作为一种重要的神经递质化合物，在中枢神经、肾脏、心血管、记忆、情绪、运动和激素系统中发挥着重要作用。多巴胺浓度异常可导致神经和精神障碍，低于正常浓度范围会引起帕金森和精神分裂症，而高于正常浓度会引起多动综合病和失眠。因此，准确可靠的检测体液中多巴胺的含量对神经精神障碍的诊断和治疗至关重要。目前，已采用多种分析方法来测定多巴胺，例如质谱法、荧光法、化学发光法、色谱法、光谱法、毛细管电泳法和电化学方法。电化学方法，由于其便携性、成本低、操作简单、较高的灵敏度和选择性以及快速响应等优点，受到了广泛的关注。然而，现有的相关技术中，电化学检测多巴胺还存在一个主要缺点，即与多巴胺具有相近电化学信号的生物分子，例如抗坏血酸(AA)、尿酸(UA)和血清素(5-HT)等与多巴胺共同存在于体液中，如果传感器的电极不具备足够高的灵敏度和选择性，这些物质的电化学信号会干扰多巴胺的检测。传统的电化学电极通常缺乏足够高的选择性和灵敏度，因此，开发一种对多巴胺具有高灵敏度和选择性的电化学生物传感器电极材料来区分和检测生物体系中共存的多巴胺、抗坏血酸、尿酸和血清素是至关重要，同时提供一种简单的电化学生物传感器电极材料的制备方法也是十分重要的。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种氮掺杂碳包覆TiC的材料及其制备方法和应用，所述氮掺杂碳包覆TiC的材料具有核壳结构，其中TiC为核，氮掺杂碳形成的碳纳米纤维阵列结构为壳。所述氮掺杂碳包覆TiC的材料具有良好的电化学性能(例如导电性)，制备成电极使用，无需添加粘合剂。所述氮掺杂碳包覆TiC的材料用于检测共存的多巴胺、抗坏血酸、尿酸和血清素的物质时，对多巴胺具有灵敏度高和选择性好的特点。

本发明的第一方面提供一种氮掺杂碳包覆TiC的材料。

具体的，一种氮掺杂碳包覆TiC的材料，所述材料具有核壳结构；TiC为核，氮掺杂碳形成的碳纳米纤维阵列结构为壳。

所述氮掺杂碳包覆TiC的材料标记为TiC@CN_x-NFAs。

优选的，所述氮掺杂碳包覆TiC的材料中，N的质量占所述材料的质量的4-8％；进一步优选的，N的质量占所述材料的质量的5-6％。