Cu/C@ZIF-8复合材料的合成与非酶传感器应用探索

"Cu/C@ZIF-8复合结构的制备及其在非酶传感器中的应用，王大为，陈敏琪，中山大学化学学院。本文介绍了一种新的纳米颗粒/NPs@多孔碳@金属-有机框架(MOF)核壳复合结构的合成方法，利用HKUST-1和ZIF-8两种不同热稳定性的MOF材料，通过可控包覆和选择性热处理转化为CuNPs/C@ZIF-8复合结构。这种复合结构在非酶传感器中用于H2O2的电化学检测，表现出优秀的性能，包括高电流响应性、选择性、电化学稳定性和宽的线性检测范围。" 本论文的主要研究内容是Cu/C@ZIF-8复合结构的创新合成和其在非酶传感器领域的应用。作者通过精细控制的合成步骤，首先构建了由HKUST-1和ZIF-8组成的MOF@MOF核壳结构。HKUST-1和ZIF-8是金属-有机框架材料的两种典型代表，它们分别具有不同的热稳定性。在后续的热处理过程中，HKUST-1在较低温度下分解，形成铜纳米颗粒(CuNPs)，而ZIF-8则保持其原有结构不变，从而形成了CuNPs嵌入在多孔碳(C)内部、被ZIF-8外壳包裹的复合结构。 这种CuNPs/C@ZIF-8复合材料的独特之处在于，多孔碳骨架能够防止铜纳米颗粒聚集，确保了材料的稳定性。同时，ZIF-8的外壳不仅提供额外的孔道结构，有利于物质的扩散，还可能作为保护层，防止CuNPs在传感器应用中的损失或活性降低。 当将CuNPs/C@ZIF-8复合结构应用于非酶型传感器时，它对过氧化氢(H2O2)展现出优异的传感性能。电流响应性好意味着传感器能快速、灵敏地响应H2O2的存在；选择性高则意味着它能够有效区分H2O2与其他生物分子，避免假阳性结果；电化学稳定性好意味着传感器在长时间使用后仍能保持其性能；而宽的线性检测范围则表明传感器能在不同浓度的H2O2环境中保持准确度。 这项研究成功开发了一种新型的Cu/C@ZIF-8复合材料，为非酶传感器设计提供了新的思路，并且在实际应用中展示了良好的潜力，尤其是在生物检测和环境监测等领域。此外，该工作也为我们理解如何通过调整MOF材料的组合和热处理条件来设计具有特定性能的纳米复合材料提供了新的视角。