CN115058888A - 一种Fe-N-C纳米酶原位修饰的碳纤维及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种Fe‑N‑C纳米酶原位修饰的碳纤维及其制备方法。本发明以碳纤维为基底材料，通过重氮化接枝反应在碳纤维表面接枝苯磺酸基，提高碳纤维在水相中的分散性，而且可以利用静电作用促进聚间二苯胺的紧密包裹，有效增强合成材料在碳纤维上的附着力。进而通过间苯二胺中的N与金属离子Fe³⁺的配位作用锚定前体，经过高温热解使Fe³⁺与N原子在碳纤维表面发生共价键合形成稳定的单原子结构，获得Fe‑N‑C纳米酶原位修饰的碳纤维。改善了碳纤维表面的电荷转移速度，减少其检测脑神经化学物质时的过电位，提高了催化活性，从而实现了脑神经化学物质的高灵敏检测。

Description

一种Fe-N-C纳米酶原位修饰的碳纤维及其制备方法

技术领域

本发明属于纳米材料合成技术领域，具体涉及一种Fe-N-C纳米酶原位修饰的碳纤维及其制备方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

目前，很多纳米酶都是由金属和金属氧化物组成，因为金属活性中心可以简单地模拟天然酶的催化电子氧化还原过程。研究表明，利用Fe基纳米酶优异的催化活性和选择性，可大幅度降低目标物电极反应的过电位，有效排除体内其它物质的干扰，展示了纳米酶在活体检测中的巨大潜力。

利用植入式电化学生物传感器对脑神经化学物质进行体内分析，是研究脑功能和脑活动映射的重要途径。而碳纤维是用于活体的原位电化学分析的微电极系统中理想的电极材料。通常在碳纤维微电极中，浸(滴)涂是修饰电极传统采用的方法，因此难以实现精确的空间控制，导致再现性较差。目前相关报道均是先合成纳米酶，再修饰到工作电极上，步骤相对繁琐；而且，修饰过程可能会影响催化剂的活性，催化剂与碳纤维间的弱相互作用也无法保证电极的机械稳定性。很多神经退行性疾病(如阿尔茨海默症和帕金森病等)都有较长的病理学过程，长期监检测的需要对装置的稳定性提出了更高要求。因此，有必要探索更加高效便捷的修饰或合成方法，提高纳米酶在碳纤维微电极表面的催化活性和附着力，构建稳健的电极/脑催化界面，从而有效提高活体内神经化学物质检测的灵敏度、选择性、时间分辨率和稳定性。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明旨在提出一种Fe-N-C纳米酶原位修饰的碳纤维及其制备方法，并将其直接制成碳纤维微电极用于系统的灵敏检测代表性的脑神经化学物质过氧化氢和多巴胺(DA)。本发明以碳纤维为基底材料，通过重氮化接枝反应在碳纤维表面接枝苯磺酸基，提高碳纤维在水相中的分散性，而且可以利用静电作用促进聚间二苯胺的紧密包裹，有效增强合成材料在碳纤维上的附着力。进而通过间苯二胺中的N与金属离子Fe³⁺的配位作用锚定前体，经过高温热解使Fe³⁺与N原子在碳纤维表面发生共价键合形成稳定的单原子结构，获得Fe-N-C纳米酶原位修饰的碳纤维(Fe-N-C/CF)。改善了碳纤维表面的电荷转移速度，减少其检测脑神经化学物质时的过电位，提高了催化活性，从而实现了脑神经化学物质的高灵敏检测。

为了实现以上技术效果，本申请提供以下技术方案：

本发明的第一方面，提供一种Fe-N-C纳米酶原位修饰的碳纤维的制备方法。所述方法包括如下步骤：

(1)将对氨基苯磺酸在超纯水进行溶解，在冰水浴中，缓慢依次滴加预先冷却好的NaOH溶液、HCl溶液以及NaNO₂溶液，并将预处理过的碳纤维分散到溶液中，维持低温进行反应，反应后，将还原性Fe粉加入上述溶液中，搅拌，得到接枝的碳纤维；

(2)将间苯二胺溶于超纯水中，加入浓盐酸，随后将接枝的碳纤维加入上述溶液中；依次缓慢滴加预冷的过硫酸铵和FeCl₃溶液；在低温下控温一段时间，再升温反应；取出后旋蒸再常温干燥；补入FeCl₃，旋蒸，干燥；

(3)将步骤(2)得到的产物置于管式炉，氩气气氛下，进行第一次高温热解，随后酸洗、过滤、洗涤、干燥，干燥后进行第二次高温热解，得到所述Fe-N-C纳米酶原位修饰的碳纤维。

进一步的，碳纤维的预处理过程为：对碳纤维进行去浆，将碳纤维在丙酮溶液中浸泡24h，随后在超纯水中超声、清洗碳纤维，洗涤三次，在真空干燥箱中干燥。

进一步的，步骤(1)中，对氨基苯磺酸用量为0.5～1mmol；NaOH溶液浓度为1M，体积为0.5～1mL；HCl溶液浓度为1M，体积为3～5mL；NaNO₂溶液浓度为1M，体积为0.5～1mL。

进一步的，步骤(1)中，预处理过的碳纤维的用量为0.02～0.2g。

进一步的，步骤(1)中，所述低温为0～3℃，反应时间为1h。

进一步的，步骤(1)中，还原性Fe粉的用量为0.1～0.2g。

进一步的，步骤(2)中，间苯二胺的用量为1～2g；浓盐酸的浓度36％～38％，体积为3～6mL；过硫酸铵的浓度为2M，体积为10～20mL；FeCl₃溶液浓度为1M，体积为3～8mL。

进一步的，步骤(2)中，在0～3℃低温下控温，等8h后，再升至7～8℃，反应时间12h。

进一步的，旋蒸的条件为：60℃时开始，在80℃时控温，-0.08MPa的真空度。常温干燥为：在真空干燥箱内进行常压干燥，100℃，约12h。

进一步的，步骤(2)中，补入的FeCl₃溶液(1M)用量为1～10mL。

进一步的，步骤(3)中，第一次高温热解时，温度为850～1000℃，时间为1h；第二次高温热解温度为850～1000℃，时间为3h。

进一步的，步骤(3)中，第一次高温热解后待管式炉温度降下来后取出酸洗，80℃，8h，以去除无活性、不稳定的化合物(如Fe₃C和FeS等)。

本发明的第二方面，提供一种上述制备方法制备得到的Fe-N-C纳米酶原位修饰的碳纤维。

本发明的第二方面，提供所述Fe-N-C纳米酶原位修饰的碳纤维在脑神经化学物质分析检测中的应用。

本发明的有益效果：

本发明通过重氮化接枝反应、间苯二胺聚合反应、Fe³⁺的锚定以及高温热解等一系列的反应，在碳纤维上原位合成了Fe-N-C纳米酶。将其制成碳纤维微电极，利用Fe-N-C纳米酶固有的类酶活性实现了对代表性的脑神经化学物质H₂O₂和DA的灵敏检测，降低了反应的过电位，Fe-N-C/CF微电极对H₂O₂和DA均有良好的电流响应和稳定性，该电极材料在活体分析中具有巨大潜力。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为Fe-N-C/CF合成示意图。

图2中a、b分别为CF和Fe-N-C/CF的SEM图，c、d、e、f分别为Fe-N-C/CF中C、N、O、Fe的元素分布图。

图3中A为CF,CF-Ph-SO₃H以及Fe-N-C/CF的XRD谱图；B、C、D、E为不同元素的精细谱图(B为C1s,C为O1s,D为N1s,E为Fe 2p)。

图4为电化学交流阻抗谱图(其中，a为CF、b为CF-Ph-SO₃H和c为Fe-N-C/CF)。

图5中A为Fe-N-C/CF微电极和CF微电极(内插图)对(a)不含H₂O₂与(b)含有5mMH₂O₂的CV曲线；B为(a)CF微电极与(b)Fe-N-C/CF微电极对aCSF中连续滴加0.5mM H₂O₂的电流响应；C为Fe-N-C/CF微电极对(a)饱和N₂,(b)空气,(c)饱和氧气的CV曲线。

图6中A为Fe-N-C/CF微电极对含有不同浓度(0,2,5,10,20mM)的H₂O₂的CV曲线；B为Fe-N-C/CF微电极在不同电压下(0.2,0.15,0.1,0,-0.05,-0.1,-0.2,-0.3V)的CA曲线；C为Fe-N-C/CF微电极对于在aCSF中连续加入不同浓度的H₂O₂的电流响应曲线以及(D)电流与H₂O₂浓度的对应曲线。

图7中A为CF和(B)Fe-N-C/CF微电极在(a)不含DA和(b)含20μM DA的aCSF的CV曲线。

图8中A为Fe-N-C/CF微电极对不同浓度(0,1,5,10μM)的DA的CV曲线；B为Fe-N-C/CF微电极在不同的电压下(0.3,0.2,0.15,0.1,0.05,0V)的CA曲线；C为Fe-N-C/CF微电极对于连续加入不同浓度的DA的电流响应曲线以及D为电流与DA浓度的对应曲线。

图9中A为Fe-N-C/CF微电极在麻醉大鼠右侧皮层中记录的局部微量灌注含有10mMH₂O₂的aCSF的电流响应(施加电压:-0.1V vs Ag/AgCl)；B为Fe-N-C/CF微电极在麻醉大鼠伏隔阂中记录的局部微量灌注高K⁺刺激产生的DA的电流响应(施加电压:0.2V vs Ag/AgCl)。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

实施例1

(1)对直接购买的碳纤维进行去浆，将碳纤维在丙酮溶液中浸泡24h，随后在超纯水中超声、清洗碳纤维，洗涤三次，在真空干燥箱中干燥

(2)碳纤维表面重氮化接枝苯磺酸：称取对氨基苯磺酸(1mmol)于洁净的烧杯中，用10mL超纯水进行溶解，在冰水浴中，缓慢依次滴加预先冷却好的NaOH溶液(1M,1mL)、HCl溶液(1M,5mL)以及NaNO₂溶液(1M,1mL)，并将0.2g预处理过的碳纤维分散到溶液中，维持0℃，反应1h后，将称量好的还原性Fe粉0.1～0.2g加入上述溶液中，搅拌，还原重氮盐，生成自由基，将苯磺酸基嫁接到碳纤维的表面(如图1所示)。

(3)聚间苯二胺在碳纤维表面的生成：称取1g间苯二胺溶于20mL超纯水中，溶解20min，移取3mL的38％浓盐酸于溶液中，随后将接枝的碳纤维移入此溶液中。依次缓慢滴加预冷的20mL过硫酸铵(2M)和8mL FeCl₃溶液(1M)。因为反应放热，所以最初还是在0℃低温下控温，等8h后，再升至8℃，反应时间12h。取出后转移到茄形瓶中进行旋蒸。60℃时开始，在80℃时控温，-0.08MPa的真空度。随后，在真空干燥箱内进行常压干燥，100℃，约12h。补入FeCl₃溶液(1M)1～10mL，旋蒸，干燥。

(4)高温煅烧：将装有材料的石英舟置于管式炉中央，提前通高纯氩气30min，设置好升降温的程序，在高纯氩气氛围的保护下进行第一次的高温热解，1000℃,1h,待管式炉温度降下来后取出酸洗，80℃,8h，以去除无活性、不稳定的化合物(如Fe₃C和FeS等)。反应完毕后过滤、洗涤。干燥后进行第二次的高温热解，条件和步骤同第一次热解，1000℃,3h，获得Fe-N-C/CF。

材料的表征

(1)扫描电子显微镜(SEM)：取多根未修饰的碳纤维和Fe-N-C/CF用导电胶粘在载样台上，进样，抽真空，发射加速电压20KV，进行材料表面的微观表征。

(2)X射线衍射(XRD)：使用自动RINT 2500X射线衍射仪(Rigaku)，使用Cu Kɑ辐射进行。数据采集采用0.02°/2θ步进扫描模式，速度为1°·min-1，步长为0.02°(2θ)。

(3)X射线光电子能谱仪(XPS)：使用赛默飞的Thermo Fisher ESCALAB XI+进行测试，具有Al Kɑ辐射(1486.6eV)，将材料固定在Al胶带上。

从SEM(图2)可以看出，Fe-N-C纳米酶在碳纤维上的原位合成是成功的，且C、N、O、Fe在Fe-N-C/CF表面的分布相对比较均匀的。

XRD(图3)表明碳具有非定形性质且没有检测到Fe基纳米粒子的峰。

利用XPS分析了Fe-N-C/CF的化学组成和原子构型信息。从XPS的全谱中可以看出(图3B)在Fe-N-C/CF中存在C、N、Fe、和O元素，与SEM中元素分布图结果一致。从C1s谱图(图3C)可以看出，说明sp²-杂化石墨碳是合成的纳米酶的主要构型。O 1s谱图中(图3D)的C-OH的存在可以提高其表面的润湿性，有利于神经化学物质的检测。N1s谱图(图3E)和Fe 2p谱图(图3F)可以看出吡啶N、吡咯N为Fe提供配位位点形成Fe-N结构，这很可能是合成的Fe-N-C/CF的催化起源。

实施例3碳纤维微电极的制备

将Fe-N-C/CF与铜丝(直径100μm，长10cm)，用导电银胶相连，待导电银胶干燥后从玻璃电极的一端穿入使碳纤维一端到达玻璃电极的中间部位(外径:1.5mm,内径：1.10mm,长10cm)，从另一端穿入另一根与铜丝粘好的碳纤维，将玻璃电极的两端的铜丝固定住,，将穿了碳纤维的毛细玻璃管用微电极拉制仪拉制成两个。将1mL的注射器在酒精灯的烧制下拉制成前端足够细长的细管，然后用注射器吸取单组份室温硫化硅橡胶，在显微镜下从拉制好的玻璃电极的尾端进入，将尖端封住，室温下自然干燥。在显微镜下，将尖头的碳纤维切割至300μm。

实施例4

电化学测量使用CHI760E电化学工作站，采用传统的三电极系统，包括制备的碳纤维微电极(Fe-N-C/CF微电极)作为工作电极、Ag/AgCl(饱和氯化钾)参比电极和铂丝对电极.

将制备的Fe-N-C/CF微电极进行电化学性能表征：对修饰前后的碳纤维微电极在含有5mM[Fe(CN)6]3-/4-的KCl溶液中进行交流阻抗(EIS)测试，研究修饰过程对碳纤维微电极表面电荷转移速率的影响。

将制备的Fe-N-C/CF微电极用循环伏安法(Cyclic voltammetry，CV)和计时电流法(Chronoamperometry，CA)进行电催化性能测试，研究小分子代谢物过氧化氢、多巴胺在Fe-N-C/CF微电极上的电化学行为。

从电化学交流阻抗谱图(图4)可以观察到电极过程主要由电荷转移过程(电化学反应步骤)控制，扩散过程引起的阻抗可以忽略。Fe-N-C/CF微电极的电荷转移电阻远远低于未修饰的碳纤维微电极以及接枝了苯磺酸基的碳纤维微电极说明Fe-N-C/CF具有良好的导电性。采用CV和CA研究了CF微电极和Fe-N-C/CF微电极对人造脑脊液(aCSF)中H₂O₂的电催化性能。从图5A和5B中可以看到，Fe-N-C/CF微电极对HPRR表现出了较高的性能，且对HPRR具有较高的起峰电位ca.0.25V(vs.Ag/AgCl)。图5C是Fe-N-C/CF微电极对ORR的CV曲线对比。可以观察到的是对ORR的起峰电位在～ca.-0.25V(vs.Ag/AgCl)，明显的要比HPRR的起峰电位更负一些。因此，可以通过控制电位在一定程度上与ORR区分开，排除O₂的干扰，提高了Fe-N-C/CF微电极对HPRR检测的选择性。

。如图6A所示，我们研究了不同浓度的过氧化氢对Fe-N-C/CF微电极的电催化活性的影响，结果表明Fe-N-C/CF微电极对HPRR有良好的电催化活性。通过CA测试对施加的电位进行了优化，考虑到电流响应的大小以及噪音的干扰问题，我们选择了-0.1V为检测H₂O₂时的最优电位。

图6C显示了在-0.1V(vs Ag/AgCl)的最优电压下，Fe-N-C/CF微电极对于在N₂饱和aCSF中连续加入不同浓度的H₂O₂的典型的电流-时间曲线。图6D可以看出电流与H₂O₂的浓度呈现出良好的线性关系，在10μM-1.34mM的浓度范围内，电流和浓度之间的线性方程为y(nA)＝-0.7307c(mM)-0.8346，在1.34mM-3.84mM的浓度范围内，电流和浓度之间的线性方程为y(nA)＝-0.4261c(mM)-1.2143，检出限为8.8μM。

。从图7中可以看出在DA存在时在Fe-N-C/CF微电极上表现出明显的氧化还原峰，其阳极过电位大幅度降低(阳极起峰电位约为ca.0.0V(vs Ag/AgCl)，且多个循环后响应电流并没有出现明显的降低的情况，说明合成的Fe-N-C/CF对DA的氧化还原反应起到了良好的催化作用且对并且能够有效抑制多巴胺及其氧化产物的电聚合，表现出较好的抗污染性能。

如图8A所示，我们利用CV评估了不同浓度的DA对Fe-N-C/CF微电极的电催化活性的影响结果再次表明Fe-N-C/CF微电极对DA有良好的电催化活性。通过CA测试对施加的电位进行了优化，考虑到电流响应的大小以及噪音的干扰问题，我们选择了0.2V为检测DA时的最优电位。

图8C显示了在0.2V(vs Ag/AgCl)的最优电压下，Fe-N-C/CF微电极对于在N₂饱和aCSF中连续加入不同浓度的DA的典型的电流-时间曲线。图8D可以看出电流与DA的浓度呈现出良好的线性关系，检测范围是0.5μM-577μM,检出限为0.22μM。

实施例5

(1)准备工作：实验动物为雄性Sprague-Dawley纯种大鼠(350～400g)，室温条件下在自然光照周期中自由饮水进食，所有动物实验过程均遵照国家纳米科学中心动物饲养及实验条例。大鼠用水合氯醛腹腔注射麻醉(345mg/kg,ip)，将大鼠头部固定在立体定位仪上，固定时，先将小鼠门齿卡在适配器门齿夹上，轻轻压上门齿夹横杆，调整适配器高度和前后，使耳杆可以方便进入小鼠外耳道，且调整定位仪的门齿杆位置低于水平线3.3±0.4，即达到颅骨水平位。左手托起小鼠头部，将左侧耳杆插入小鼠耳道，调节左右侧耳杆使动物头部保持在U型开口的中心位置，先锁紧固定一侧耳杆，后旋紧另一侧耳杆，使动物头部不能晃动，同时旋紧门齿夹螺丝。检查是否固定成功：鼻对正中，头部不动，提尾不掉，目测大脑放置水平。用脱毛膏或者剃刀将需要手术部位的毛发去除。然后用手术刀划开小鼠头部皮肤，开颅，去除软脑膜。

(2)活体检测H₂O₂。根据之前的文献报道^[28,29]，将Fe-N-C/CF微电极插入右侧皮层(AP＝3mm,L＝2mm,V＝1mm)，将制备的微型Ag/AgCl参比电极置于大脑硬脑膜中，铂丝用作插入大脑皮下组织的对电极。通过二氧化硅毛细管(L＝4cm,50μm i.d.,375μm o.d.)将含有10mM H₂O₂的外源性aCSF通过二氧化硅毛细管微注入大脑中植入微电极的局部区域。将毛细管植入右侧皮层，与Fe-N-C/CF微电极平行。使用丙烯酸牙科水泥将电极固定到颅骨上。所有的局部微量输注均在大鼠右侧皮层中进行。由于Fe-N-C纳米酶对过氧化氢优异的催化活性，可以直接在较低的电位下实现体内过氧化氢的灵敏检测。

(3)活体检测DA。将Fe-N-C/CF微电极插入伏隔阂(AP＝3mm,L＝2mm，V＝1mm)，将制备的微型Ag/AgCl参比电极置于大脑硬脑膜中，铂丝用作插入大脑皮下组织的对电极。为了刺激DA的释放，通过二氧化硅毛细管(长4cm,50μm i.d.,375μm o.d.)将含有3M高浓度K⁺的外源性aCSF通过二氧化硅毛细管微注入大脑中植入微电极的局部区域^[32]，将毛细管植入伏隔阂，与Fe-N-C/CF微电极平行。使用丙烯酸牙科水泥将电极固定到颅骨上。在电位0.2V下对DA进行检测。

为验证Fe-N-C/CF微电极可以用于活体实时检测H₂O₂含量的变化，将Fe-N-C/CF微电极植入大鼠右侧皮层中，将制备的微型Ag/AgCl参比电极置于大脑硬脑膜中，铂丝用作插入大脑皮下组织的对电极。在最优电压下，通过连续微灌注含10mM的外源性aCSF监测大鼠脑中H₂O₂的变化。240s左右开始进行连续微灌注，同时用安培法记录植入的Fe-N-C/CF微电极的电流响应。结果如图9A所示，在开始连续微灌注前基线相对来说是比较平的，开始连续微灌注50s左右后停止，电流慢慢的再次达到了平稳的状态，说明Fe-N-C/CF微电极在活体内对H₂O₂也有比较好的响应，Fe-N-C/CF微电极的传感平台可用于体内过氧化氢的选择性监测。

为验证Fe-N-C/CF微电极可以用于活体实时检测DA含量的变化，将Fe-N-C/CF微电极植入大鼠伏隔阂中，通过连续微灌注含高K+的外源性aCSF监测大鼠脑中DA的变化。125s左右开始进行微灌注，同时用安培法记录植入的Fe-N-C/CF微电极的电流响应；结果如图9B所示，在开始微灌注前基线相对来说是比较平的，微灌注停止后，电流变大并慢慢的再次达到了平稳的状态，说明Fe-N-C/CF微电极在活体内对DA也有比较好的响应。

通过重氮化接枝反应、间苯二胺聚合反应、Fe³⁺的锚定以及高温热解等一系列的反应，在碳纤维上原位合成了Fe-N-C纳米酶并通过SEM、XRD、XPS等一系列表征证实了其成功制备。将其制成碳纤维微电极，利用Fe-N-C纳米酶固有的类酶活性实现了对代表性的脑神经化学物质H₂O₂和DA的灵敏检测，降低了反应的过电位，Fe-N-C/CF微电极对H₂O₂和DA均有良好的电流响应和稳定性。在大鼠脑内进行了活体实验，初步验证了所制备的Fe-N-C/CF微电极可以检测到活体内H₂O₂和DA含量的变化。证实了该电极材料在活体分析中的巨大潜力。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种Fe-N-C纳米酶原位修饰的碳纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将对氨基苯磺酸在超纯水进行溶解，在冰水浴中，缓慢依次滴加预先冷却好的NaOH溶液、HCl溶液以及NaNO₂溶液，并将预处理过的碳纤维分散到溶液中，维持低温进行反应，反应后，将还原性Fe粉加入上述溶液中，搅拌，得到接枝的碳纤维；

(2)将间苯二胺溶于超纯水中，加入浓盐酸，随后将接枝的碳纤维加入上述溶液中；依次缓慢滴加预冷的过硫酸铵和FeCl₃溶液；在低温下控温一段时间，再升温反应；取出后旋蒸再常温干燥；补入FeCl₃溶液，旋蒸，干燥；

(3)将步骤(2)得到的产物置于管式炉，氩气气氛下，进行第一次高温热解，随后酸洗、过滤、洗涤、干燥，干燥后进行第二次高温热解，得到所述Fe-N-C纳米酶原位修饰的碳纤维。

2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，碳纤维的预处理过程为：对碳纤维进行去浆，将碳纤维在丙酮溶液中浸泡24h，随后在超纯水中超声、清洗碳纤维，洗涤三次，在真空干燥箱中干燥。

3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤(1)中，对氨基苯磺酸用量为0.5～1mmol；NaOH溶液浓度为1M，体积为0.5～1mL；HCl溶液浓度为1M，体积为3～5mL；NaNO₂溶液浓度为1M，体积为0.5～1mL；预处理过的碳纤维的用量为0.02～0.2g。

4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述低温为0～3℃，反应时间为1h。

5.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤(1)中，还原性Fe粉的用量为0.1～0.2g。

6.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤(2)中，间苯二胺的用量为1～2g；浓盐酸的浓度和体积为3～6mL；过硫酸铵浓度为2M，体积为10～20mL；FeCl₃溶液浓度为1M，体积为3～8mL。

7.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤(2)中，在0～3℃低温下控温，等8h后，再升至7～8℃，反应时间12h；旋蒸的条件为：60℃时开始，在80℃时控温，-0.08MPa的真空度；常温干燥为：在真空干燥箱内进行常压干燥，100℃，12h；步骤(2)中，补入的FeCl₃溶液体积为1～10mL。

8.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤(3)中，第一次高温热解时，温度为850～1000℃，时间为1h；第二次高温热解温度为850～1000℃，时间为3h；

或，步骤(3)中，第一次高温热解后待管式炉温度降下来后取出酸洗，80℃，8h。

9.根据上述权利要求任一项所述制备方法制备得到的Fe-N-C纳米酶原位修饰的碳纤维。

10.根据权利要求9所述Fe-N-C纳米酶原位修饰的碳纤维在脑神经化学物质分析检测中的应用。

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