低温放电合成Ni/CNT复合材料的电催化葡萄糖氧化活性研究

研究人员针对酶基葡萄糖传感器成本高、稳定性差及贵金属催化剂资源稀缺等问题，开发了一种基于低温放电合成的Ni/CNT30非贵金属催化剂。该材料通过NiO-Ni界面与CNT的协同作用，实现了3336.7 μA·cm–2·mM–1的高催化活性、2.43 μM的低检测限及优异抗干扰能力，为便携式血糖监测和生物燃料电池提供了新策略。

　　

糖尿病已成为全球公共卫生危机，预计2040年患者将达6.42亿。当前主流葡萄糖传感器依赖贵金属（如金）或酶（如葡萄糖氧化酶），但面临成本高、易失活和抗干扰差等瓶颈。尤其贵金属催化剂因d轨道电子饱和导致葡萄糖吸附能力弱，且易受氯离子毒化。虽然过渡金属（镍、铜）和碳材料（如石墨烯）被探索为替代品，但传统高温高压合成方法易引发纳米颗粒团聚，降低催化效率。

为解决这些问题，中国某研究团队在《Chinese Journal of Chemical Engineering》发表研究，创新性地采用低温放电工艺将镍纳米颗粒负载于碳纳米管（CNT），开发出Ni/CNT30催化剂。该技术通过等离子体诱导缺陷工程实现Ni-CNT原子级界面键合，并利用非热等离子环境抑制颗粒聚集。

关键技术包括：1）浸渍法将Ni(CH₃COO)₂·3H₂O负载于CNT；2）真空干燥后低温放电处理构建NiO-Ni界面；3）SEM/TEM表征材料形貌；4）电化学测试评估葡萄糖氧化反应（GOR）性能。

催化剂表征
SEM显示Ni/CNT30形成平均直径50 nm的互联结构（图S2）。TEM证实Ni纳米颗粒均匀分布于CNT表面，元素图谱显示Ni、O、C的梯度分布（图2a）。XPS分析揭示Ni²⁺/Ni³⁺氧化态比例优化，促进葡萄糖吸附。

电化学性能
在0.1 M NaOH中，Ni/CNT30的氧化峰电流达3336.7 μA·cm^–2·mM^–1，灵敏度较金基材料提升18倍。检测限低至2.43 μM（S/N=3），线性范围覆盖0.005-8 mM。抗干扰测试显示，10倍浓度的抗坏血酸、尿酸等物质仅引起<5%信号波动。

机制分析
DFT计算表明NiO-Ni界面可降低葡萄糖C-H键活化能垒（图4d）。CNT的高导电性加速电子转移，而等离子体处理形成的氧空位增强OH^–吸附，协同促进葡萄糖氧化为葡萄糖酸。

该研究通过低温放电合成策略，突破了非贵金属催化剂活性不足的限制。Ni/CNT30兼具高灵敏度、宽检测范围和强抗干扰性，为移动式血糖监测和生物燃料电池开发提供了新材料体系。作者Yun-Xiang Pan团队指出，该工艺的低温特性易于放大生产，未来可通过调控放电参数进一步优化界面效应。