发展方便高效的方法用于非贵金属基电化学催化剂的制备在电化学传感、清洁能源等领域都具有广泛和有意义的应用前景。Ni3C作为一种亚稳态化合物，常规的合成方法依赖于高温高压等高耗能条件，且形貌难以控制，因此，设计和开发低耗能的方法用于具有特殊形貌Ni3C基化合物的合成具有重要意义。
近日，闽南师范大学汪庆祥教授课题组在《ACS Applied Nano Materials》上面在线发表了题为《Ni3C/Ni Nanochains for Electrochemical Sensing of Glucose》的论文，报道了一种采用有机小分子2-甲基咪唑作为形貌调控及组成调控剂的方法用于一维Ni3C/Ni纳米链的合成方法，并采用电化学方法考察了其电化学行为及对葡萄糖的传感分析性能，为Ni3C基材料的合成及电化学应用提供了新的思路。
一、一维Ni3C/Ni2-甲基咪唑调控作用
实验结果表明，在2-甲基咪唑存在的情况，得到规则的一维链状材料（图1A-C）；而在合成过程中，仅存在Ni2 ，而无2-甲基咪唑，得到的产物为独立的多面体颗粒（图1D-F）。透射电镜（图1G-H）及电子衍射图(图1I)结果进一步表明，纳米链中分别包含了Ni3C和单质Ni，且二者间隔出现。Ni3C和单质Ni的组成也得到了XRD和XPS分析结果的验证（详见原文）。元素映射图（图1J-L）进一步显示C、Ni元素均匀分布在纳米链表明，证实了Ni3C的存在。综合表征实验，可以得到，2-甲基咪唑对产物形貌具有良好的调控作用，同时，在没有2-甲基咪唑存在时，只能得到单质Ni，表明2-甲基咪唑在控制产物的形貌的同时，还为Ni3C的生成提供了碳源。
图 1. Ni3C/Ni 纳米链(图A-C)和单独Ni多面体 (图D-F)的扫描电镜图；Ni3C/Ni 纳米链的透射电镜图 (G)、高分辨透射电镜(H)、电子衍射图(I)、元素分析图(J-L)。
二、生长机理推测
图2. Ni3C/Ni 纳米链的生成机理推测图.
在上述物理表征分析的基础上，他们对合成机理进行了推测（图2）：(1) Ni2 与2-甲基咪唑通过配位作用形成一维链状聚合物（Ni2 -2-MIM)n，同时，相邻Ni2 -2-MIM单元上咪唑环之间的N和π-堆积使（Ni2 -2-MIM)n聚合物形成超分子网络。(2) 在溶剂热条件下，具有还原性的DMF溶剂分子将Ni2 还原为金属Ni。(3)金属Ni核进一步催化2-MIM配体的分解，生成大量的化学活性碳(C)原子，C原子与Ni核表面的Ni原子反应生成Ni3C。 (4)相邻的一维Ni3C/Ni纳米复合材料聚集在一起，最终形成具有Ni3C和Ni间隔的链状纳米材料。
三、葡萄糖电催化氧化性能
Ni基材料已被广泛应用于葡萄糖分子的电催化研究及无酶传感分析。在本论文中，作者进一步以葡萄糖为模型分子，考察了Ni3C/Ni纳米链的电催化性能。结果表明Ni3C/Ni纳米链较单独的多面体镍单质具有明显增强的电化学活性和对葡萄糖的催化活性（图3A-C）。DFT计算结果显示，Ni3C较Ni具有更高的葡萄糖结合能力（图3E）。根据上述结果，作者推测Ni3C/Ni中对葡萄糖氧化的关键催化活性中心为Ni3C。同时，结合阻抗实验（详见原文）推测单质镍作为一种良好的电子转移导体，很好地提升了电催化过程的电子转移动力学（图3D），表明Ni3C/Ni中的两相组分对葡萄糖的电催化氧化具有协同效应。
图3. Ni-CS/GCE (A) and Ni3C/Ni-CS/GCE (B) 对葡萄糖电催化氧化的循环伏安图及相应的峰电流变化柱状图（C）。D为推测的电化学反应机理。E为Ni3C和Ni与葡萄糖分子的结合能理论计算结果比较。
四、 传感分析应用
在最佳条件下，考察了Ni3C/Ni纳米链和单质多面体Ni电极对葡萄糖传感分析性能。结果显示，由于Ni3C/Ni纳米链具有更高的催化活性，从而表现出对葡萄糖传感分析具有宽的线性范围（图4A-B），检测限达到0.28 μM。Ni3C/Ni分析灵敏度是单质Ni电极的30倍。同时，Ni3C/Ni纳米链纳米链电极表现出快的分析响应速率和突出的抗干扰性（图4C-D）。将Ni3C/Ni应用于复杂血清样品中葡萄糖分子检测，显示了良好的准确性。上述结果表明Ni3C/Ni可以作为一种催化材料应用于葡萄糖的快速、灵敏、无酶传感分析。
图4. (A) Ni-CS/GCE (a) 和 Ni3C/Ni-CS/GCE (b) 检测葡萄糖的计时安培曲线，及(B)对应的工作曲线.(C)响应时间及(D)抗干扰实验
论文第一作者为闽南师范大学高凤博士，论文通讯作者为闽南师范大学汪庆祥教授和广州大学牛利教授。该研究得到国家自然科学基金和福建省自然科学基金的资助支持。
作者简介
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汪庆祥教授就职于闽南师范大学，教授、硕士生导师、闽南师范大学“龙江学者”特聘教授。现任化学化工与环境学院院长，“福建省现代分离分析科学与技术重点实验室”主任；入选“福建省高校杰出青年科研人才计划”，2012年入选“福建省高等学校新世纪优秀人才支持计划”，漳州市青年科技奖获得者。主要从事纳米电化学传感器领域的研究，主持完成国家自然科学基金2项。已在Analytical Chemistry、Applied Materials & Interfaces, Chemical Communications, Inorganic Chemistry, Biosensors and Bioelectronic等国期刊发表学术论文60篇，获得发明专利5项，出版专著1部。
Feng Gao, Yizhen Yang, Weiwei Qiu, Zhiping Song, Qingxiang Wang*, and Li Niu*，Ni3C/Ni Nanochains for Electrochemical Sensing of Glucose， DOI：10.1021/acsanm.1c01845；
https://doi.org/10.1021/acsanm.1c01845
