一种碳担载的金属纳米团簇催化剂及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及催化剂领域，具体涉及一种碳担载的金属纳米团簇催化剂及其制备方法和应用。


背景技术：

2.金属纳米团簇(mental nanoclusters，mncs)是一类新型的功能纳米材料，其由几个到几百个同种或不同种原子组成，尺寸在2nm以内，具有单个原子或体相物质所没有的性能。一方面，金属纳米团簇的超小尺寸使得表面原子的占比增加，显示出优异的表面结构和丰富的活性位点；另一方面，金属团簇接近德布罗意波长，其连续的电子能带可演化为离散的能级，从而显示出类似金属配合物的性质。进而表现出独特的催化性质，从而可提高催化活性。然而，目前的金属纳米团簇催化剂通常存在金属纳米团簇分散性差，易团聚的缺点，从而导致催化剂的催化性能较低。
3.因此，需要开发一种制备金属纳米团簇催化剂的方法，其使得金属纳米团簇均匀分布，不团聚，催化性能提高。


技术实现要素：

4.本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供一种碳担载的金属纳米团簇催化剂的制备方法，该方法首先通过将含有金属螯合物和氮源的金属盐溶液与碳材料混合并通过冷冻干燥和焙烧形成预催化剂，然后将预催化剂与工作电极结合并放入含有引导剂的电解液中，通过循环伏安法对所述预催化剂进行电化学氧化还原处理，从而得到稳定的金属纳米团簇催化剂。通过循环伏安法对所述预催化剂进行处理，可以使担载的金属纳米团簇分布更为均匀，同时减少团聚现象。另外，在电化学氧化还原处理过程中，所述引导剂可以引导担载金属重构暴露晶面，使具有催化活性的晶面暴露比例增加，从而提高催化性能。
5.本发明的另一目的是提供一种通过所述制备方法获得的碳担载的金属纳米团簇催化剂，该催化剂具有大的比表面积和多的活性位点，因而具有优异的催化性能。
6.由于本发明的金属纳米团簇催化剂具有超小尺寸和良好的生物相容性，使其有利于被生物体安全排出，因而在生物传感领域具有良好的应用前景。因此，本发明的又一目的是提供一种使用所述碳担载的金属纳米团簇催化剂的生物传感器。
7.本发明的再一目的是提供所述生物传感器用于检测h2o2浓度或生物分子如血糖、半乳糖、胆固醇、氨基酸、醇、乳酸或尿酸的浓度的用途。
8.为了实现以上目的，本发明提供如下技术方案。
9.一种碳担载的金属纳米团簇催化剂的制备方法，包括：
10.配制金属盐溶液，所述金属盐溶液包含金属盐、金属螯合物、氮源和溶剂；
11.将所述金属盐溶液与碳材料混合并进行冷冻干燥，得到冻干样品；
12.将所述冻干样品在惰性气氛下进行焙烧，从而得到碳担载的金属纳米团簇预催化剂；以及
13.将所述金属纳米团簇预催化剂与工作电极结合并放入含有引导剂的电解液中，通过循环伏安法对所述金属纳米团簇预催化剂进行电化学氧化还原处理，从而得到稳定的金属纳米团簇催化剂，其中所述引导剂为能够被所述金属纳米团簇催化剂催化的反应的目标产物。
14.优选地，所述金属盐可为pt盐、au盐、ag盐、ir盐、pd盐和rh盐中的一种或多种。更优选地，所述金属盐可为h2ptcl6·
xh2o、aucl、agno3、ircl3·
3h2o、pdcl2、rhcl3·
3h2o中的一种或多种。
15.优选地，所述金属螯合物为糖类，例如葡萄糖。本发明的金属螯合物可以起到将金属离子物理分离的作用，使催化剂中的金属纳米团簇均匀分布在碳载体表面，而不发生团聚，从而保持金属纳米团簇的高分散性。金属螯合物还可以通过含氧官能团的相互作用与富含氧的碳载体结合。此外，在焙烧后可被分解，不会残留，因而不会影响催化剂的催化性能。
16.优选地，所述氮源为三聚氰胺、双氰胺和尿素中的一种或多种。本发明的氮源可以起到锚定作用，在高温下通过碳载体表面修饰的n原子与金属盐中的金属离子的结合，能够将均匀分布的金属纳米团簇锚定在碳载体表面，使其在使用过程中不发生移动，不团聚，从而保持金属纳米团簇的高分散性。
17.优选地，所述溶剂为水，或者为水和醇类的混合物。更优选地，所述溶剂为水和醇类的混合物。醇类可以消除碳材料的表面张力，使碳材料能够与其他物质一起均匀分散在溶剂中。当然，本发明的溶剂还可以是任何其他能够溶解金属盐、金属螯合物和氮源的溶剂。
18.优选地，以金属原子摩尔量计算的所述金属盐、所述金属螯合物和以氮原子摩尔量计算的所述氮源的摩尔比为1:(1-5):(5-30)，优选1:(1-5):(10-20)。金属盐占比过少，则活性位点过少，催化性能不明显，整体表现为碳材料的性能。金属盐占比过多则金属颗粒的尺寸大于2nm，不再是团簇，相对来说原子利用率降低，可催化活性位点也会减少，虽然用量增多，但是催化性能并不会随之上升，反而会降低，并且造成贵金属不必要的浪费。
19.优选地，所述金属盐溶液的配制方法包括：将金属螯合物和氮源分别配置成金属螯合物水溶液和氮源水溶液；20-30℃下将金属盐加入金属螯合物水溶液中；搅拌后，加入氮源水溶液并继续搅拌，从而得到金属盐溶液。本发明配制金属盐溶液的方法有利于金属的分散，而将所有成分一起混合搅拌则会出现以下情况：金属盐溶液分散不均匀，甚至可能出现局部络合的情况，不利于金属的分散。
20.优选地，所述碳材料为碳纳米颗粒、导电炭黑、灯黑炭、碳纤维、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、石墨烯纤维、二维石墨烯纸、三维碳泡沫和三维石墨烯气凝胶中的一种或多种。优选地，所述碳材料为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管中的一种或多种。碳纳米管可以穿过酶外面包裹的蛋白质，直接与酶的活性中心辅基接触，即不需要电子介体，这样有利于酶促反应的进行，使反应不受溶液中溶解氧的限制，并且还可以在一定程度上降低传感器所需电位(工作电位降低后，传感器的抗干扰能力增强)。优选地，所述碳材料经n原子或s原子改性。经改性的碳材料可以使金属纳米团簇较为稳定地分散于碳材料上。本发明的碳材料具有成本低、导电率高、易改性等优点，以碳材料作为金属纳米团簇的载体，不仅能够降低成本，而且在一定程度上可以同时捕获并包围酶，从而加强需将催化剂与酶结合使用的传
感器中酶的固定，提高产品的稳定性。此外，碳材料在一定程度上还可以起到抗干扰层和“无介体”电子传递层的作用。
21.优选地，在将所述金属盐溶液与碳材料混合之后，并且在进行冷冻干燥之前，进行超声。超声时间优选为1-3h。超声功率优选为60-150w。冷冻干燥后，溶剂被完全去除。
22.优选地，所述惰性气氛可为氩气、氮气、氦气或其混合物。
23.优选地，焙烧温度可为400℃-800℃，优选500-600℃。焙烧温度过高会导致形成尺寸较大的金属颗粒，使得表面原子的占比降低，反应活性位点减少，从而导致催化剂的催化性能降低；另外，焙烧温度过高会让氮源直接升华，导致氮源在催化剂中的量减少。此外，升华的氮源会在管路末端冷凝堵住管路，进而为实验带来危险。焙烧温度过低导致所需要的焙烧时间过长，增加时间成本。另外，温度过低还会导致葡萄糖或者氮源不能热解完全。如果残留葡萄糖，则会影响后期葡萄糖传感器的检测结果。如果氮源没有热解完全，则会影响金属的锚定效果。
24.优选地，升温速度可为1～5℃/min，优选1～3℃/min。升温过快会引起飞温为实验带来安全隐患，也会让金属烧结。升温速度过慢则需要的时间过长，增加时间成本，另外，长时间处于高温下会引起金属颗粒的增大。
25.优选地，焙烧时间可为2-6h，优选3-5h。
26.优选地，所述引导剂可为o2、h2、co、ch4、h2o2、亚硝酸钠、甲酸或乙酸等。本发明的引导剂不限于这些，只要是能够被所述金属纳米团簇催化剂催化的反应的目标产物均可被使用。可根据所述金属纳米团簇催化剂的催化目标来确定所使用的引导剂，例如，当所述金属纳米团簇催化剂用于催化过氧化氢参与的氧化反应时，可利用o2作为引导剂对所制备的预催化剂进行电化学氧化还原处理，由此制备的催化剂对过氧化氢参与的氧化反应具有优异的催化性能。
27.在本发明中，表述“能够被所述金属纳米团簇催化剂催化的反应”应理解为是指在所述金属纳米团簇催化剂作用下进行的化学反应。该化学反应的目标产物可为气体、液体或固体。所述目标产物为本发明的电化学氧化还原处理所用的引导剂。例如，在所述金属纳米团簇催化剂作用下检测过氧化氢浓度时，电催化过氧化氢的氧化产物为o2，因此在所述电化学氧化还原处理过程中，以o2作为引导剂。在电化学氧化还原处理过程中，所述引导剂可以引导担载金属重构暴露晶面，使具有催化活性的晶面暴露比例增加，从而提高催化性能。而未经电化学氧化还原处理的所述金属纳米团簇预催化剂因其晶面无序排列，使得具有催化活性的晶面暴露占比偏少，催化活性偏低。
28.优选地，当所述引导剂为气体(例如o2)时，首先向电解液中通入气体引导剂使之在电解液中饱和，优选地，通气时间可为30-60min；然后在持续通入所述气体引导剂的情况下进行电化学氧化还原处理。优选地，通入气体引导剂时的速率可为1ml/min～200ml/min，优选10～100ml/min。本发明的气体引导剂在电解液中为饱和状态，一方面使气体组分的溶解量达到最大，另一方面便于控制气体在电解液中的溶解量恒定，从而使催化剂的重复制备成为可能。
29.优选地，当所述引导剂为液体或固体时，其在电解液中的浓度可为20mm～1m，优选50mm～0.2m。
30.优选地，所述电化学氧化还原处理的扫描速度为10～200mv/s，优选50～100mv/s。
优选地，扫描电位窗口为-5v～5v，优选-4～4v。优选地，扫描次数为1～500次，优选50～200次。
31.在本发明中，经电化学氧化还原处理后得到的金属纳米团簇催化剂因其已经负载在工作电极上，因此可直接用于检测h2o2浓度或生物分子浓度。
32.或者，可将所得到的金属纳米团簇催化剂从工作电极上取下，以用于催化反应。
33.本发明还提供通过所述制备方法获得的碳担载的金属纳米团簇催化剂。本发明催化剂中的金属纳米团簇均匀分布在碳载体上，且颗粒尺寸可为0.5-2nm，优选为0.9-1.9nm。优选地，按金属纳米团簇催化剂的总质量计，金属元素的含量为0.5-15重量％，优选为0.5-10重量％。
34.本发明的金属纳米团簇催化剂可以降低过氧化氢氧化反应所需的过电位。
35.由于本发明的金属纳米团簇能够均匀稳定地分布在碳载体上，表面原子占比较大，反应活性位点较多，因而可以减少催化剂的用量，相应地减少金属元素的用量，从而大大降低成本。
36.本发明还提供一种使用所述碳担载的金属纳米团簇催化剂的生物传感器。
37.在本发明的第一优选实施方案中，所述生物传感器包括：
38.基底层；
39.工作电极，设置在所述基底层表面；以及
40.电催化层，设置在所述工作电极表面，并且包括所述碳担载的金属纳米团簇催化剂。
41.优选地，所述基底层可为聚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物或聚甲基丙烯酸甲酯。
42.优选地，所述电催化层是通过nafion溶液分散法、丝网印刷法、包埋法或共价键合法而形成的。
43.所述第一优选实施方案的生物传感器可用于检测h2o2浓度。
44.在生物体中，h2o2可以作为活性氧物质，涉及细胞增殖、分化和迁移的各种生理和病理过程；可以作为氧化应激最重要的信号之一，比如尿液中h2o2浓度可作为全身氧化应激的指标，用于调节肾功能和诊断多种疾病。另外，h2o2是体内多种酶促反应的关键副产物，例如葡萄糖氧化酶，胆固醇氧化酶或乳酸氧化酶等参与的酶促反应。因此，nm和μm范围内h2o2的灵敏度检测对于健康监测、疾病诊断等生物医学领域非常重要。本发明的生物传感器由于使用了所述碳担载的金属纳米团簇催化剂，因而生物传感器的灵敏度、检测限和线性响应范围得到明显改善。
45.此外，现有的用于h2o2催化的催化剂通常包含高负载量的贵金属材料，由于贵金属材料成本高昂，应用到生物传感器中，会给患者带来沉重的经济负担。而本发明的金属纳米团簇催化剂仅含有低负载量的贵金属，其主要成分为成本低廉的碳材料，因而大大降低了生物传感器的制作成本。此外，本发明中担载金属纳米团簇的碳材料不仅可以作为金属纳米团簇的载体，其自身对h2o2也有一定的催化活性。
46.在本发明的第二优选实施方案中，所述生物传感器包括：
47.基底层；
48.工作电极，设置在所述基底层表面；
49.电催化层，设置在所述工作电极表面，并且包括所述碳担载的金属纳米团簇催化剂；以及
50.生物催化层，设置在所述电催化层表面，并且包括生物酶。
51.优选地，所述生物酶为葡萄糖氧化酶、半乳糖氧化酶、胆固醇氧化酶、氨基酸氧化酶、醇氧化酶、乳酸氧化酶或尿酸酶等。
52.优选地，所述生物催化层是通过包埋法、吸附法、共价键合法或交联法而形成的。
53.优选地，所述生物传感器还包括：高分子层，设置在所述生物催化层表面。
54.优选地，所述高分子层可为聚二甲基硅氧烷、聚氨酯、醋酸纤维素、聚碳酸酯、聚脲纤维素乙酸酯、nafion、聚酯磺酸、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚亚胺酯、聚四氟乙烯或聚氯乙烯等。设置高分子层具有以下优势：可以阻止较大分子如蛋白扩散进入催化层，进而减少对电极的干扰；调控葡萄糖和氧气进入生物催化层的比例；防止生物催化层酶的流失；以及提高传感器的生物相容性。
55.所述第二优选实施方案的生物传感器由于包括生物催化层，因而可用于检测生物分子、例如血糖、半乳糖、胆固醇、氨基酸、醇、乳酸或尿酸的浓度。
56.本发明的碳材料不仅可以作为金属纳米团簇的载体，而且可以作为生物酶的载体，有助于增强酶的固定，提高生物酶负载量，并提高酶与金属团簇催化剂的接触度，延长酶活性的有效期，从而延长生物传感器的使用寿命。
57.相比现有技术，本发明的有益效果：
58.1、本发明提供了一种碳担载的金属纳米团簇催化剂的制备方法，该方法首先通过将含有金属螯合物和氮源的金属盐溶液与碳材料混合并通过冷冻干燥和焙烧形成预催化剂，然后将预催化剂与工作电极结合并放入含有引导剂的电解液中，通过循环伏安法对所述预催化剂进行电化学氧化还原处理，从而得到稳定的金属纳米团簇催化剂。通过循环伏安法对所述预催化剂进行处理，可以使担载的金属纳米团簇分布更为均匀，同时减少团聚现象。另外，在电化学氧化还原处理过程中，所述引导剂可以引导担载金属重构暴露晶面，使具有催化活性的晶面暴露比例增加，从而提高催化性能。
59.此外，本发明的电化学氧化还原处理可以稳定电极的催化性能，为后续电极的商业化应用提供保障。
60.另外，本发明的金属纳米团簇催化剂的制备方法简单、可重复。
61.2、本发明的金属纳米团簇催化剂具有大的比表面积和多的活性位点，因而具有优异的催化性能，不仅可用于制备过氧化氢传感器，而且可用于制备血糖传感器等，适用范围广。
62.3、本发明的生物传感器的制备工艺具有可重复性，设备和原材料易于获得，容易实现传感器催化性能的一致性，也有利于批量化生产。
附图说明
63.图1是实施例2制得的pt ncs2样品的高角环形暗场扫描透射电镜(tem)图。
64.图2是使用实施例5的过氧化氢生物传感器所得到的电流密度随时间的变化曲线图。
65.图3是使用实施例5的过氧化氢生物传感器所得到的过氧化氢浓度与响应电流密度的关系曲线图。
具体实施方式
66.为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施例对本发明所述的技术方案做进一步说明，但本发明不仅限于此。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。除非另有说明，实施例中使用的原料和试剂均为市售商品。本文未记载的试剂、仪器或操作步骤均是本领域普通技术人员可常规确定的内容。
67.实施例1：制备pt纳米团簇催化剂pt ncs1
68.称取1g导电炭黑材料、26.5mg氯铂酸六水合物(h2ptcl6·
6h2o)、9.3mg葡萄糖和10.77mg三聚氰胺(以铂原子摩尔量计算的氯铂酸六水合物、葡萄糖和以氮原子摩尔量计算的三聚氰胺的摩尔比为1:1:10)。将葡萄糖溶解于30ml去离子水中制成葡萄糖水溶液，将三聚氰胺溶解于30ml去离子水中制成三聚氰胺水溶液。将氯铂酸六水合物加入到葡萄糖水溶液中，反应0.5h，然后加入三聚氰胺水溶液，继续反应0.5h。接着将导电炭黑加入溶液中，超声100w，1h。然后进行冷冻干燥，至完全除去去离子水。最后将样品放入管式炉中，在流量为100ml/min的n2气氛下以2℃/min的速度加热至500℃，并保持5h，得到预催化剂。将制备得到的预催化剂与工作电极结合，然后使用三电极体系进行连接。在电解液(ph＝7.4的磷酸盐缓冲溶液，浓度为30mm)中以100ml/min的速率通入o
2 30min，使电解液中o2饱和(电催化过氧化氢的氧化产物为o2，故以o2作为本预催化剂的处理气氛)。然后再以50ml/min速度持续通气的情况下进行电极的循环伏安处理，扫描速度为50mv/s，扫描次数为100次，扫描范围为-2v～2v。结束后得到pt ncs1。
69.tem表征显示，导电炭黑上担载的pt纳米团簇的颗粒尺寸为0.9nm，电感耦合等离子体(icp)分析结果显示，该样品中pt含量为0.89重量％。
70.实施例2：制备pt纳米团簇催化剂pt ncs2
71.称取1g活性碳纳米颗粒、0.13g氯铂酸六水合物、0.23g葡萄糖和80.81mg双氰胺(以铂原子摩尔量计算的氯铂酸六水合物、葡萄糖和以氮原子摩尔量计算的双氰胺的摩尔比为1:5:15)。将葡萄糖溶解于40ml去离子水中制成葡萄糖水溶液，将双氰胺溶解于30ml去离子水中制成双氰胺水溶液。将氯铂酸六水合物加入到葡萄糖水溶液中，反应1h，然后加入双氰胺水溶液，继续反应1h。接着将活性碳纳米颗粒加入溶液中，超声150w，1h。接着进行冷冻干燥，至完全除去去离子水。然后将样品放入管式炉中，在流量为200ml/min的n2气氛下以2℃/min的速度加热至600℃，并保持3h，得到预催化剂。将制备得到的预催化剂与工作电极结合，然后使用三电极体系进行连接。在电解液(ph＝7.4的磷酸盐缓冲溶液，浓度为30mm)中以100ml/min的速率通入o
2 30min，使电解液中o2饱和。然后再以10ml/min速度持续通气的情况下进行电极的循环伏安处理，扫描速度为10mv/s扫描次数为50次，扫描范围为-2v～2v。结束后得到pt ncs2。
72.图1为所得到的pt ncs2样品的透射电镜图，从电镜图上可以看出pt为纳米团簇颗粒，在活性碳上均匀分布。经过tem数据分析，活性碳上担载的pt纳米团簇颗粒的尺寸约为1.7nm。icp结果显示，该样品中pt含量为4.01重量％。
73.实施例3：制备au纳米团簇催化剂au ncs1
74.称取1g s掺杂的碳纳米管材料、82.60mg氯化金(aucl)、64.03mg葡萄糖和213.44mg尿素(以金原子摩尔量计算的氯化金、葡萄糖和以氮原子摩尔量计算的尿素的摩尔比为1:1:20)。将葡萄糖溶解于30ml去离子水中制成葡萄糖水溶液，将尿素溶解于20ml去离子水中制成尿素水溶液。将氯化金加入到葡萄糖水溶液中，反应2h，然后加入尿素水溶液，继续反应2h。接着将s掺杂的碳纳米管材料加入溶液中，超声60w，1h。接着进行冷冻干燥，至完全除去去离子水。然后将样品放入管式炉中，在流量为100ml/min的he气氛下以1℃/min的速度加热至400℃，并保持6h，得到预催化剂。将制备得到的预催化剂与工作电极结合，然后使用三电极体系进行连接。在电解液(ph＝7.4的磷酸盐缓冲溶液，浓度为30mm)中以100ml/min的速率通入o
2 30min，使电解液中o2饱和。然后再以200ml/min速度持续通气的情况下进行电极的循环伏安处理，扫描速度为50mv/s扫描次数为200次，扫描范围为-3v～3v。结束后得到au ncs1。
75.tem表征显示，碳纳米管上的担载的au纳米团簇颗粒的尺寸为1.8nm，icp结果显示，该样品中au含量为6.12重量％。
76.实施例4：制备ir纳米团簇催化剂ir ncs1
77.称取1g石墨烯材料、0.28g三水合氯化铱(ircl3·
3h2o)、0.28g葡萄糖和0.33g三聚氰胺(以铱原子摩尔量计算的三水合氯化铱、葡萄糖和以氮原子摩尔量计算的三聚氰胺的摩尔比为1:2:20)。将葡萄糖溶解于50ml去离子水中制成葡萄糖水溶液，将三聚氰胺溶解于50ml去离子水中制成三聚氰胺水溶液。将三水合氯化铱加入到葡萄糖水溶液中，反应1h，然后加入三聚氰胺水溶液，继续反应1h。接着将石墨烯材料加入溶液中，超声100w，1h。接着进行冷冻干燥，至完全除去去离子水。然后将样品放入管式炉中，在流量为150ml/min的ar气氛下以3℃/min的速度加热至800℃，并保持2h，得到预催化剂。将制备得到的预催化剂与工作电极结合，然后使用三电极体系进行连接。在电解液(ph＝7.4的磷酸盐缓冲溶液，浓度为30mm)中以100ml/min的速率通入o
2 30min，使电解液中o2饱和。然后再以200ml/min速度持续通气的情况下进行电极的循环伏安处理，扫描速度为10mv/s扫描次数为50次，扫描范围为-2v～2v。结束后得到ir ncs1。
78.tem表征显示，石墨烯上担载的ir纳米团簇颗粒的尺寸为1.9nm，icp结果显示，该样品中ir含量为9.09重量％。
79.实施例5：过氧化氢生物传感器的构建
80.采用nafion溶液分散法修饰工作电极。配置0.5％的nafion水溶液。称取20mg实施例2的预催化剂即pt纳米团簇催化剂，加入到1ml nafion水溶液中，然后超声30min使其均匀分布。将制备得到的浆液用移液枪取1μl，涂布于三电极体系中的工作电极表面。然后使用三电极体系进行连接。在电解液(ph＝7.4的磷酸盐缓冲溶液，浓度为30mm)中以100ml/min的速率通入o
2 30min，使电解液中o2饱和。然后再以10ml/min速度持续通气的情况下进行电极的循环伏安处理，扫描速度为10mv/s扫描次数为50次，扫描范围为-2v～2v。结束后采用去离子水冲洗，40℃烘干备用。
81.测试所构筑的电极对过氧化氢的响应性能。测试过程为，以pt为对电极，以ag/agcl为参比电极，以所修饰电极为工作电极，组装成三电极体系。将三电极体系置于电解液(30mm的磷酸盐缓溶液，ph＝7.4)中，施加工作电位为0.55v vs ag/agcl，每5min加入一定浓度的过氧化氢，使最终溶液中的过氧化氢浓度以30μm的梯度增加，采用计时电流法，记录
随着过氧化氢的不断加入，电流密度的变化情况，如图2所示。
82.利用图2的数据绘制了图3的过氧化氢浓度与响应电流密度的关系曲线。从图中可以看出，在低底物浓度下，即在0～180μm时，曲线满足线性关系。检测限为15.82μm(信噪比s/n＝3)，检测范围为5μm～3600μm。
83.按照相同方法，采用实施例1-4中所制备的金属团簇催化剂分别修饰工作电极，制备得到过氧化氢传感器，其过氧化氢检测性能如下表1所示。
84.表1
[0085][0086]
实施例6：血糖传感器的构建
[0087]
采用nafion溶液分散法修饰工作电极。配置0.5％的nafion磷酸盐缓冲溶液。称取20mg实施例2的预催化剂即pt纳米团簇催化剂，加入到1ml nafion磷酸盐缓冲溶液中，然后超声30min使其均匀分布。将制备得到的浆液用移液枪取1μl，涂布于三电极体系中的工作电极表面，然后使用三电极体系进行连接。在电解液中以100ml/min的速率通入o
2 30min，使电解液中o2饱和。然后再以10ml/min速度持续通气的情况下进行电极的循环伏安处理，扫描速度为10mv/s扫描次数为50次，扫描范围为-2v～2v。结束后采用去离子水冲洗，40℃烘干备用。在4℃的环境下，将pt ncs2修饰的电极浸没在5mg ml-1
葡萄糖氧化酶的pbs缓冲溶液中48h，用pbs溶液洗涤，4℃存储备用。
[0088]
采用实施例1-4中所制备的金属团簇催化剂分别修饰工作电极，制备得到血糖传感器，其葡萄糖检测性能如下表2所示。
[0089]
表2
[0090][0091]
对比例1：制备pt纳米团簇催化剂pt ncs1-a
[0092]
称取1g导电炭黑材料、26.5mg氯铂酸六水合物和10.77mg三聚氰胺(以铂原子摩尔量计算的氯铂酸六水合物和以氮原子摩尔量计算的三聚氰胺的摩尔比为1:10)。将三聚氰胺溶解于60ml去离子水中制成三聚氰胺水溶液。将氯铂酸六水合物加入到三聚氰胺水溶
液，反应0.5h。接着将导电炭黑加入溶液中，超声100w，1h。然后进行冷冻干燥，至完全除去去离子水。最后将样品放入管式炉中，在流量为100ml/min的n2气氛下以2℃/min的速度加热至500℃，并保持5h，得到预催化剂。将制备得到的预催化剂与工作电极结合，然后使用三电极体系进行连接。在电解液(ph＝7.4的磷酸盐缓冲溶液，浓度为30mm)中以100ml/min的速率通入o230min，使电解液中o2饱和(电催化过氧化氢的氧化产物为o2，故以o2作为本预催化剂的处理气氛)。然后再以50ml/min速度持续通气的情况下进行电极的循环伏安处理，扫描速度为50mv/s，扫描次数为100次，扫描范围为-2v～2v。结束后得到pt ncs1-a。
[0093]
tem表征显示，导电炭黑上担载的pt纳米团簇的颗粒尺寸为3.4nm，icp分析结果显示，该样品中pt含量为0.87重量％。
[0094]
对比例2：制备pt纳米团簇催化剂pt ncs1-b
[0095]
称取1g导电炭黑材料、26.5mg氯铂酸六水合物和9.3mg葡萄糖(以铂原子摩尔量计算的氯铂酸六水合物和葡萄糖的摩尔比为1:1)。将葡萄糖溶解于60ml去离子水中制成葡萄糖水溶液。将氯铂酸六水合物加入到葡萄糖水溶液中，反应0.5h。接着将导电炭黑加入溶液中，超声100w，1h。然后进行冷冻干燥，至完全除去去离子水。最后将样品放入管式炉中，在流量为100ml/min的n2气氛下以2℃/min的速度加热至500℃，并保持5h，得到预催化剂。将制备得到的预催化剂与工作电极结合，然后使用三电极体系进行连接。在电解液(ph＝7.4的磷酸盐缓冲溶液，浓度为30mm)中以100ml/min的速率通入o
2 30min，使电解液中o2饱和(电催化过氧化氢的氧化产物为o2，故以o2作为本预催化剂的处理气氛)。然后再以50ml/min速度持续通气的情况下进行电极的循环伏安处理，扫描速度为50mv/s，扫描次数为100次，扫描范围为-2v～2v。结束后得到pt ncs1-b。
[0096]
tem表征显示，导电炭黑上担载的pt纳米团簇的颗粒尺寸为5.1nm，icp分析结果显示，该样品中pt含量为0.91重量％。
[0097]
对比例3：制备pt纳米团簇催化剂pt ncs1-c
[0098]
称取1g导电炭黑材料、26.5mg氯铂酸六水合物。将氯铂酸六水合物加入到60ml去离子水中。接着将导电炭黑加入溶液中，超声100w，1h。然后进行冷冻干燥，至完全除去去离子水。最后将样品放入管式炉中，在流量为100ml/min的n2气氛下以2℃/min的速度加热至500℃，并保持5h，得到预催化剂。将制备得到的预催化剂与工作电极结合，然后使用三电极体系进行连接。在电解液(ph＝7.4的磷酸盐缓冲溶液，浓度为30mm)中以100ml/min的速率通入o
2 30min，使电解液中o2饱和(电催化过氧化氢的氧化产物为o2，故以o2作为本预催化剂的处理气氛)。然后再以50ml/min速度持续通气的情况下进行电极的循环伏安处理，扫描速度为50mv/s，扫描次数为100次，扫描范围为-2v～2v。结束后得到pt ncs1-c。
[0099]
tem表征显示，导电炭黑上担载的pt纳米团簇的颗粒尺寸为6.4nm，icp分析结果显示，该样品中pt含量为0.83重量％。
[0100]
对比例4：制备pt纳米团簇催化剂pt ncs1-d
[0101]
称取1g导电炭黑材料、26.5mg氯铂酸六水合物、9.3mg葡萄糖和1.1mg三聚氰胺(以铂原子摩尔量计算的氯铂酸六水合物、葡萄糖和以氮原子摩尔量计算的三聚氰胺的摩尔比为1:1:1)。将葡萄糖溶解于30ml去离子水中制成葡萄糖水溶液，将三聚氰胺溶解于30ml去离子水中制成三聚氰胺水溶液。将氯铂酸六水合物加入到葡萄糖水溶液中，反应0.5h，然后加入三聚氰胺水溶液，继续反应0.5h。接着将导电炭黑加入溶液中，超声100w，1h。然后进行
冷冻干燥，至完全除去去离子水。最后将样品放入管式炉中，在流量为100ml/min的n2气氛下以2℃/min的速度加热至500℃，并保持5h，得到预催化剂。将制备得到的预催化剂与工作电极结合，然后使用三电极体系进行连接。在电解液(ph＝7.4的磷酸盐缓冲溶液，浓度为30mm)中以100ml/min的速率通入o
2 30min，使电解液中o2饱和(电催化过氧化氢的氧化产物为o2，故以o2作为本预催化剂的处理气氛)。然后再以50ml/min速度持续通气的情况下进行电极的循环伏安处理，扫描速度为50mv/s，扫描次数为100次，扫描范围为-2v～2v。结束后得到pt ncs1-d。
[0102]
tem表征显示，导电炭黑上担载的pt纳米团簇的颗粒尺寸为6.1nm，电感耦合等离子体(icp)分析结果显示，该样品中pt含量为0.91重量％。
[0103]
对比例5：制备pt纳米团簇催化剂pt ncs1-e
[0104]
称取1g导电炭黑材料、26.5mg氯铂酸六水合物、55.4mg葡萄糖和43.1mg三聚氰胺(以铂原子摩尔量计算的氯铂酸六水合物、葡萄糖和以氮原子摩尔量计算的三聚氰胺的摩尔比为1:6:40)。将葡萄糖溶解于30ml去离子水中制成葡萄糖水溶液，将三聚氰胺溶解于30ml去离子水中制成三聚氰胺水溶液。将氯铂酸六水合物加入到葡萄糖水溶液中，反应0.5h，然后加入三聚氰胺水溶液，继续反应0.5h。接着将导电炭黑加入溶液中，超声100w，1h。然后进行冷冻干燥，至完全除去去离子水。最后将样品放入管式炉中，在流量为100ml/min的n2气氛下以2℃/min的速度加热至500℃，并保持5h，得到预催化剂。将制备得到的预催化剂与工作电极结合，然后使用三电极体系进行连接。在电解液(ph＝7.4的磷酸盐缓冲溶液，浓度为30mm)中以100ml/min的速率通入o
2 30min，使电解液中o2饱和(电催化过氧化氢的氧化产物为o2，故以o2作为本预催化剂的处理气氛)。然后再以50ml/min速度持续通气的情况下进行电极的循环伏安处理，扫描速度为50mv/s，扫描次数为100次，扫描范围为-2v～2v。结束后得到pt ncs1-e。
[0105]
tem表征显示，导电炭黑上担载的pt纳米团簇的颗粒尺寸为5.3nm，电感耦合等离子体(icp)分析结果显示，该样品中pt含量为0.81重量％。
[0106]
对比例6：制备pt纳米团簇催化剂pt ncs2-f
[0107]
称取1g导电炭黑材料、26.5mg氯铂酸六水合物(h2ptcl6·
6h2o)、9.3mg葡萄糖和10.77mg三聚氰胺(以铂原子摩尔量计算的氯铂酸六水合物、葡萄糖和以氮原子摩尔量计算的三聚氰胺的摩尔比为1:1:10)。将葡萄糖溶解于30ml去离子水中制成葡萄糖水溶液，将三聚氰胺溶解于30ml去离子水中制成三聚氰胺水溶液。将氯铂酸六水合物加入到葡萄糖水溶液中，反应0.5h，然后加入三聚氰胺水溶液，继续反应0.5h。接着将导电炭黑加入溶液中，超声100w，1h。然后进行冷冻干燥，至完全除去去离子水。最后将样品放入管式炉中，在流量为100ml/min的n2气氛下以2℃/min的速度加热至500℃，并保持5h，得到pt ncs2-f。
[0108]
tem表征显示，导电炭黑上担载的pt纳米团簇的颗粒尺寸为1.6nm，电感耦合等离子体(icp)分析结果显示，该样品中pt含量为3.99重量％。
[0109]
对比例7：过氧化氢生物传感器的构建
[0110]
按照实施例5的方法，采用对比例1-6中所制备的金属团簇催化剂分别修饰工作电极，制备得到过氧化氢传感器，其过氧化氢检测性能如下表3所示。
[0111]
表3
[0112][0113]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。