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东北师范制备出新型碳基纳米材料成功构筑电化学生物传感器件、电化学能源器件

文章来源：未知更新时间：2019-10-21 14:16:23

碳基纳米材料具有良好的电催化性能、高的电化学稳定性、高导电性以及机械强度和良好的生物相容性等优点，使其在诸多领域都有广泛应用，特别是在电化学方面。但制备碳基纳米材料通常需要相对复杂的过程、相对昂贵的仪器和化学试剂，这些因素可能阻碍碳基纳米材料的大规模试剂应用。由于生物质相对廉价、大量存在、快速再生、容易获得和环境友好，东北师范大学化学学院周明教授课题以生物质为原料组制备了不同种碳基纳米材料，并用于电化学生物传感器件和电化学能源器件的构筑。

周明教授课题组利用废弃的豆渣制备了类似石墨烯结构的氮掺杂介孔碳纳米片，构筑了基于氮掺杂介孔碳纳米片的电化学抗坏血酸传感器，并成功用于医用抗坏血酸注射液、商业化饮料和商品化果汁中抗坏血酸的检测。而后，他们以苹果为原料制备了碳纳米棒组装的分等级介孔-大孔碳气凝胶，构筑了基于该纳米材料的电化学双氧水传感器，成功用于人体尿液、商品化牛奶和商品化啤酒中双氧水的检测。相关工作发表在分析化学领域国际专业学术期刊Talanta, 2019, 200: 300-306；Analytica Chimica Acta, 2019, 1047: 36-44等。相关工作得到国际同行的关注，分析化学领域国际知名期刊Analytical Chemistry, 2019, 91: 27-43发表综述，评价课题组发表的系列工作：“Zhou实验室一直在探索以几种不同种生物质为起始材料创造碳基传感器。柚子皮、海带、菇茑皮和苹果被分别转化为碳纳米球、介孔碳、碳纳米片和碳纳米棒。对于双氧水的检测，这些材料修饰的玻碳电极均展现出比碳纳米管修饰玻碳电极改善的催化活性、更高的灵敏度和更宽的线性”。此外，他们以不同生物质为原料制备了多种碳基纳米材，利用生物质衍生碳基纳米材料构筑了多种便携式、可穿戴电化学生物传感器，实现了人体体液中酒精、葡萄糖和乳酸代谢动力学的研究，相关工作待发表。

开发低成本、可持续、高效的非贵金属电催化剂是能源相关技术大规模应用的挑战。周明教授课题组发展了一种绿色、低成本制备Zn单原子催化剂的方法。他们利用生物量苹果为碳源、鸡蛋清为氮源和氯化锌为锌源和造孔剂，制备了Zn单原子负载的氮掺杂具有分等级结构的多孔碳。实验结果和密度泛函理论计算均表明，这种通过Zn-N4形成的、由生物质衍生的非贵金属电化学催化剂具有优异的电化学氧还原和二氧化碳还原性能。同时，周明教授课题组以不同生物质衍生的碳基纳米材料为电极基底制备了多种生物燃料电池，不同生物燃料电池可利用人体体液（如：血液、汗液、尿液、泪液和唾液）、商品化饮料（如：可口可乐、鲜橙多、水趣多、白酒、烧酒、葡萄酒、啤酒）和天然果汁（如：西瓜汁、桃汁、橙汁）为燃料发电。相关工作待发表。

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