一种基于花状硒化镍负载硼氮共掺杂碳粒的电化学传感器用电极及其应用

本发明属于电化学传感电极材料，具体涉及一种基于花状硒化镍负载硼氮共掺杂碳粒的电化学传感器用电极及其应用。

背景技术：

1、黄嘌呤是生物体内嘌呤代谢的关键中间产物，广泛存在于人体体液、动植物组织及各类食品中，其含量是评估人体代谢健康的重要指标。临床医学中，黄嘌呤代谢异常会引发痛风、肾功能损伤、氧化应激损伤等病症，可作为多种疾病的辅助诊断标志物，精准检测对疾病筛查与诊疗具有重要意义。

2、目前黄嘌呤主流检测方法包括高效液相色谱法、荧光分光光度法等，虽然检测精度较高，但存在设备昂贵、样品预处理复杂、检测周期长、无法现场快速检测等问题，难以适配临床即时检测等场景。电化学传感技术凭借操作简单、响应快速、成本低廉、可实时检测等优势，成为黄嘌呤快速检测的核心技术，而电极修饰材料的结构与性能，直接决定传感器的检测灵敏度、选择性与稳定性。

3、硒化镍是性能优异的镍基过渡金属硒化物，在电化学传感领域应用广泛，具备良好的导电性、丰富的氧化还原活性位点，可高效催化黄嘌呤的电化学氧化反应，提升传感响应信号。相较于常规块状、颗粒状硒化镍，花状硒化镍为三维多级纳米分级结构，由纳米片单元自组装形成，极大提升了材料比表面积，可暴露更多活性位点，同时构建通畅的电解液与电子传输通道，降低界面电荷转移电阻，加快黄嘌呤电催化反应速率。此外，独特的花状结构可有效缓冲电化学循环过程中的材料体积形变，避免结构坍塌，提升电极检测稳定性。但单一花状硒化镍存在导电性有限、纳米片易团聚堆叠、界面稳定性差等问题，单独作为修饰材料时，存在检测灵敏度不足、重复性差等缺陷，难以满足高精度黄嘌呤检测需求。

4、碳基材料具备优异的导电性、化学稳定性与结构适配性，是电化学传感领域优质的复合改性材料。本发明中，硼氮共掺杂碳粒以纳米颗粒形态均匀附着于花状硒化镍的纳米片叶片表面，针对性弥补单一硒化镍的性能短板。硼、氮双杂原子共掺杂可利用硼原子缺电子、氮原子富电子的特性形成协同效应，调控碳粒电子结构，构建大量缺陷活性位点，赋予碳粒优异的电催化性能，可与花状硒化镍协同催化黄嘌呤氧化反应，提升检测效率。同时，附着于叶片表面的碳粒可构建连续导电网络，优化电子传输速率，解决硒化镍导电性不足的问题；还能阻隔纳米片直接接触，有效抑制材料团聚堆叠，稳固复合结构。此外，硼氮共掺杂可提升碳粒表面亲水性，强化电极电解液界面浸润效果，利于黄嘌呤吸附富集；同时形成的b-c、n-c活性化学键可优化界面吸附选择性，有效屏蔽体系干扰物质，显著提升电极检测的抗干扰能力与精度，实现两种材料的性能互补与协同增效。

5、综上，单一花状硒化镍存在导电、结构稳定性缺陷，纯碳材料又存在电催化活性不足的问题。基于单一材料的传感器普遍存在检测限高、检测范围窄等弊端，无法满足复杂场景下黄嘌呤精准快速检测的需求。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中存在的问题，公开一种基于花状硒化镍负载硼氮共掺杂碳粒的电化学传感器用电极及其应用，充分结合花状硒化镍与硼氮共掺杂碳粒的结构与性能优势，实现二者的性能互补与协同增效，有效解决单一材料存在的问题，提升黄嘌呤电化学检测的灵敏度、选择性与稳定性，适配复杂场景下黄嘌呤的精准快速检测需求。本发明所述电化学传感电极包括玻碳电极基底以及修饰于玻碳电极基底表面的nise@bnc复合材料，该复合材料由花状硒化镍纳米片与硼氮共掺杂碳粒复合而成，该电极制备工艺简单、成本低廉，用于黄嘌呤定量检测时检测限低、检测范围宽，可满足临床即时检测等场景的应用需求。

2、为实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案为：

3、一种基于花状硒化镍负载硼氮共掺杂碳粒的电化学传感器用电极，包括玻碳电极基底以及修饰于所述玻碳电极基底表面的nise@bnc复合材料；所述nise@bnc复合材料由花状硒化镍纳米片与硼氮共掺杂碳粒复合而成。

4、进一步的，所述nise@bnc复合材料的制备方法为：

5、(1)花状nise微球制备：

6、a.将镍源、尿素及氟源按一定摩尔比溶解于去离子水中，搅拌形成均一前驱体溶液；将前驱体溶液转移至聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，于120℃下进行水热反应14小时；自然降温后，离心收集沉淀，用去离子水和无水乙醇交替洗涤，于60℃真空干燥12小时，得到ni(oh)2微球；

7、b.将硒粉和nabh4分散于去离子水中，持续搅拌形成nahse前驱体溶液，并超声分散处理；将上述ni(oh)2微球分散于nahse前驱体溶液中，转移至高压反应釜中，于180℃下进行溶剂热反应16小时；自然冷却至室温后，离心收集产物，用去离子水和无水乙醇交替洗涤，于60℃真空干燥12小时，得到花状nise微球；

8、(2)b、n共掺杂碳颗粒bnc制备：将碳源、硼源溶于去离子水中，逐滴加入含氮化合物，持续搅拌形成前驱体混合物；将前驱体混合物转移至聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，在180℃下进行水热反应6小时；自然冷却后，离心收集产物，用去离子水和无水乙醇交替洗涤，于60℃真空干燥12小时；将干燥后的产物置于氮气气氛下，以5℃/min的升温速率加热至800℃，保温2小时进行碳化处理；自然冷却至室温后，研磨得到b、n共掺杂碳颗粒bnc；

9、(3)nise@bnc复合材料的制备：将步骤（1）制备得到的花状nise微球和步骤（2）制备得到的bnc分散于去离子水中，超声分散处理形成均匀悬浮液；再将溶液转移到聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，在130℃下进行溶剂热反应8小时；自然冷却至室温后，置于磁力搅拌下以500rpm加热至60℃，使水分完全蒸发，最后在40℃下真空干燥24小时。真空干燥后收集得到nise@bnc复合材料。

10、更进一步的，步骤（1）中所述镍源为nicl2·6h2o，所述氟源为nh4f，所述镍源与尿素、氟源的摩尔比为1:4:2。

11、更进一步的，步骤（1）中硒粉、nabh4、ni(oh)2微球和去离子水的投料比为0.095g：0.113g：100mg：40ml。

12、更进一步的，步骤（2）所述碳源为柠檬酸，所述硼源为硼酸，所述含氮化合物为乙二胺；所述碳源、硼源、去离子水与含氮化合物的投料比为2g：0.3g：30ml：1.2ml。

13、更进一步的，步骤（3）花状nise微球、b、n共掺杂碳颗粒bnc、去离子水的投料比为100mg：15mg：20ml。

14、一种基于花状硒化镍负载硼氮共掺杂碳粒的电化学传感器用电极的制备方法，包括以下步骤：取200mg nise@bnc复合材料，加入200μlnafion全氟化树脂溶液（常规使用浓度 5 wt%），再加入700μl无水乙醇，最后加入100μl去离子水混合配制成悬浊液，超声处理后，取10μl悬浊液滴涂于玻碳电极表面，室温风干得到传感电极。

15、本技术电化学传感电极在黄嘌呤定量电化学检测中的应用。

16、有益效果：

17、本发明通过花状结构设计与硼氮共掺杂碳粒复合改性，实现了两种材料的性能协同互补：花状多级结构提供了大比表面积与充足的活性位点，暴露了更多黄嘌呤催化反应位点，同时构建了通畅的电子与离子传输通道，加快反应动力学；硼氮共掺杂碳粒均匀负载于硒化镍纳米片表面，一方面构建了连续导电网络，弥补了单一硒化镍导电性不足的缺陷，优化了电子传输效率，另一方面阻隔了纳米片团聚堆叠，稳固了材料结构，提升了电极稳定性；此外，硼氮双杂原子共掺杂调控了碳材料电子结构，引入了大量缺陷活性位点，可与硒化镍协同催化黄嘌呤氧化反应，同时优化了碳粒表面亲水性与吸附选择性，强化了界面浸润效果。相较于单一材料修饰电极，本发明所述电极对黄嘌呤展现出更优异的电催化氧化活性，更宽的检测范围更宽和更低的检测限，可满足临床领域黄嘌呤快速精准检测的需求。