Промышленное производство
Промышленный Интернет вещей | Промышленные материалы | Техническое обслуживание и ремонт оборудования | Промышленное программирование |
home  MfgRobots >> Промышленное производство >  >> Industrial materials >> Наноматериалы

Пористый углеродный субстрат, улучшающий чувствительность наночастиц меди к глюкозе

Аннотация

Точный датчик для быстрого определения концентрации глюкозы имеет большое значение для здоровья человека, поскольку диабет стал очень распространенным явлением во всем мире. В этой работе наночастицы меди, размещенные в пористых углеродных подложках (Cu NP @ PC), синтезированные путем прокаливания фильтровальной бумаги, пропитанной ионами меди при высокой температуре, были разработаны в качестве электродных активных материалов для электрохимического зондирования глюкозы. Во время образования пористого углерода наночастицы меди самопроизвольно размещались в образовавшихся пустотах и ​​составляли полупокрытые композиты. Для электрохимического окисления глюкозы приготовленные композиты Cu NP @ PC демонстрируют намного более высокую каталитическую активность с плотностью тока 0,31 мА / см 2 при потенциале 0,55 В в присутствии 0,2 мМ глюкозы. Основываясь на высокой электрохимической активности окисления, настоящие композиты Cu NP @ PC также демонстрируют превосходную чувствительность к глюкозе. Чувствительность определена как 84,5 мкА / (ммоль . L) с линейным диапазоном 0,01 ~ 1,1 мМ и нижним пределом обнаружения (LOD) 2,1 мкмоль / л. По сравнению с наночастицами меди, нанесенными на непористый углерод (Cu NP / C), это может быть разумно за счет улучшенного массопереноса и усиленного синергетического эффекта между наночастицами меди и пористыми углеродными субстратами.

Введение

В последние годы диабет привлек большое внимание во всем мире, способствуя быстрому и точному определению концентрации глюкозы [1]. Были разработаны различные методики [2]. Благодаря простоте управления, быстрому отклику и высокой чувствительности электрохимические методы представляют особый интерес для определения уровня глюкозы, а активные материалы электродов имеют первостепенное значение для сенсоров [3, 4]. На данный момент материалы с хорошей реакцией на глюкозу включают благородные металлы (золото [4], серебро [5], платину [6], палладий [7]), неблагородные металлы (медь [8], никель [9]). ), оксиды металлов (оксид цинка [10], оксид марганца [11], оксид никеля [12], оксид железа [13]) и углеродные материалы (углеродные нанотрубки [14], углеродные наноточки [15], мезопористый углерод [16] ]) и т. д. Среди этих материалов композиты на основе меди демонстрируют большой потенциал для создания эффективной сенсорной платформы для глюкозы в результате низкой стоимости [3], хорошей электропроводности [17], контролируемой удельной площади поверхности. Между тем, сообщается, что электрохимические характеристики материалов на основе меди будут значительно улучшены за счет формирования композитов с углеродистыми подложками, такими как графем [18, 19], углеродные нановолокна [20], углеродные нанотрубки [21] и мезопористые угли [22]. . Например, Zhang et al. подготовил наночастицы меди на лазерно-индуцированных графеновых композитах и ​​успешно разработал гибкий не содержащий ферментов амперометрический биосенсор глюкозы. Ожидается, что благодаря своей простоте и высокой чувствительности датчик будет использоваться в носимых или имплантируемых биосенсорах [23]. С использованием метода дугового разряда композитные материалы из CuO и одностенных углеродных нанотрубок были синтезированы группой Ванга. Сетка с высокой проводимостью, образованная углеродными нанотрубками, привела к высокой чувствительности и хорошей селективности в определении уровня глюкозы [21]. Из-за хорошей проводимости медных нанопроволок и быстрого переноса электронов в двумерных слоях восстановленного оксида графена (rGO) Ju et al. синтезировал композит из одномерных медных нанопроволок и двумерных нанолистов rGO, показывающий чувствительность 1625 \ (\ upmu \) A / (мМ · см 2 ) и предел обнаружения 0,2 \ (\ upmu \) M для обнаружения глюкозы [3]. Существенного улучшения характеристик материалов на основе меди достигнуто, однако, этого все еще недостаточно для реальных приложений портативных устройств. Это означает, что необходимо искать новые шаблоны или совпадения для наночастиц меди.

Благодаря особой трехмерной каркасной структуре [24] пористые угли не только обладают обильными центрами связывания, способствующими диспергированию металлических активных центров, но также обеспечивают большую удельную поверхность, которая улучшает доступ электронов и реакционноспособных веществ [25,26] , 27]. В последние годы пористый углерод был признан одним из многообещающих материалов для модификации и подложки, которые могут значительно повысить электрохимическую чувствительность металлических материалов. Например, Ли и др. исследовали композиты Co 7 Fe 3 наночастицы сплава, встроенные в пористые углеродные нанолисты (Co 7 Fe 3 / NPCSs). Результаты показали очень широкий линейный диапазон определения глюкозы (от 0,001 до 14,00 мМ) из-за наноразмерного эффекта пористого углерода [28]. Используя металлоорганические каркасы (MOF) в качестве самопожертвованных шаблонов для изготовления пористых углеродных материалов, наночастицы никеля внедряются в нанопористые углеродные наностержни, полученные Jia et al. показали хорошие чувствительность к глюкозе с быстрым временем отклика (в пределах 1,6 с) [29]. Song et al. сконструировал композит (Cu @ C-500), состоящий из наночастиц меди, равномерно встроенных в пористый углеродный слой, с использованием Cu MOF в качестве сырья. Из-за иерархической пористости он продемонстрировал высокую чувствительность и низкий предел обнаружения и представил большой потенциал в устройствах для измерения глюкозы [30]. Поэтому ожидается, что благодаря уникальным структурным и электронным эффектам пористый углеродный материал станет отличным партнером для дальнейшего улучшения электрохимических характеристик медных наноматериалов при измерении уровня глюкозы.

В данной работе композиты наночастиц меди, размещенные в пористых углеродных подложках, были разработаны и синтезированы путем прокаливания дешевых фильтровальных бумаг, пропитанных ионами меди, при высокой температуре. В процессе синтеза одновременно происходило образование пористого углерода и аккомодация наночастиц меди, что можно продемонстрировать с помощью сканирующей электронной микроскопии и просвечивающей электронной микроскопии. Результаты электрохимических измерений показывают, что приготовленные образцы (Cu NP @ PC) проявляют высокую электрокаталитическую активность в отношении окисления глюкозы с плотностью тока 0,31 мА / см −2 при потенциале 0,55 В в присутствии 0,2 мМ глюкозы, что намного лучше, чем у Cu NP / C. Для определения уровня глюкозы чувствительность составляет 84,5 мкА (ммоль / л) -1 . расчетный предел обнаружения составляет 2,1 мкмоль / л, что намного превосходит таковые для большинства ранее описанных материалов. Кроме того, хорошая селективность используемых материалов была также продемонстрирована экспериментом по защите от помех.

Экспериментальный

Реагенты

Нитрат меди (Cu (NO 3 ) 2 · 3H 2 O, AR), этанол (C 2 H 5 ОН, 99,8%), глюкоза (C 6 H 12 О 6 , 96%), мочевина (CH 4 N 2 O, AR, 99%), лимонная кислота (C 6 H 8 О 7 , AR, 99,5%), ацетат аммония (CH 3 COONH 4 , AR), хлорид натрия (NaCl, AR, 99,5%), гидроксид калия (KOH, AR, 85%). Все упомянутые выше реагенты были приобретены у Aladdin. 5% раствор D520 Nafion, полученный от DuPont, и фильтровальная бумага была приобретена у Hangzhou Fuyang BEIMU Pulp Co., Ltd. Копировальная бумага от токопроводящей копировальной бумаги Toray (Япония) (TGP-060). Вода, использованная во всем эксперименте, является ультрачистой с проводимостью 18,25 МОм⋅см.

Инструменты

Спектры дифракции рентгеновских лучей (XRD) были получены на многоцелевом порошковом рентгеновском дифрактометре X’Pert PRO MPD. Инфракрасные спектры с преобразованием Фурье (FT-IR) в диапазоне 1000–4000 см −1 были записаны с помощью ИК-Фурье спектрометра IS50. Рамановские спектры измеряли в системе inVia Qontor (Renishaw, Великобритания) при длине волны 532 нм. Измерения с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS) проводили на спектрометре Thermo ESCALAB 250XI, работающем при 120 Вт. Морфология образца была охарактеризована с помощью сканирующего электронного микроскопа Hitachi S4800 (SEM) с рабочим ускоряющим напряжением 20 кВ. Изображения просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) были получены с Tecnai G2 F20. Измерения Брунауэра – Эммета – Теллера (БЭТ) проводили на аппарате физической адсорбции с удельной площадью поверхности (ASAP2020M).

Синтез Cu NP @ PC и Cu NP / C

Обычно синтез Cu NP @ PC завершался двухстадийным высокотемпературным пиролизом. Во-первых, промышленные фильтровальные бумаги были подвергнуты предварительной обработке при 250 ° C в течение 1 часа в трубчатой ​​печи в атмосфере азота. Затем кусок обработанной бледно-желтой фильтровальной бумаги размером 10 мм \ (\ times \) 50 мм пропитывали голубым прозрачным раствором нитрата меди с концентрацией 0,1 М и вынимали через 10 мин. После сушки при комнатной температуре фильтровальную бумагу помещали в чистую фарфоровую лодочку и последовательно обрабатывали при 180 ° C, 240 ° C, 900 ° C в течение 2 ч, 2 ч и 1 ч в трубчатой ​​печи под защитой азота соответственно. . Наконец, продукт Cu NP @ PC собирали при охлаждении системы до комнатной температуры и измельчали ​​перед электрохимическими испытаниями. Для контрольных образцов синтез Cu NP / C и чистого углерода проводился по той же процедуре, за исключением того, что концентрация нитрата меди составляла 0,2 М и 0 М соответственно.

Электрохимические измерения

В данной работе все электрохимические испытания проводились на электрохимической рабочей станции CHI 760E со стандартной трехэлектродной системой при комнатной температуре. Перед экспериментом несколько кусков копировальной бумаги (5 мм × 5 мм) в качестве токоприемников промывали водой, этанолом и сушили в течение ночи при 60 ° C. Для приготовления каталитических чернил образец 10 мг (Cu NP @ PC, Cu NP / C или порошки чистого углерода) смешивали с этанолом, водой и раствором нафиона (5%) в определенной пропорции 10:10:1 до образуют однородную дисперсию. Затем каталитические чернила объемом 40 мкл были каплями на чистую копировальную бумагу с нагрузкой 1,6 мг / см 2 . , который использовался как рабочий электрод. Электрод Ag / AgCl (насыщенный KCl) и графитовый стержень использовались в качестве электрода сравнения и противоэлектрода соответственно. Для электрохимических экспериментов были приняты циклическая вольтамперометрия и линейная вольтамперометрия для качественного изучения потенциальных характеристик подготовленного материала для окисления глюкозы. Хроноамперометрия использовалась для количественной оценки чувствительности подготовленного материала. В качестве электролита для всего процесса был выбран 0,1 М раствор КОН.

Результаты и обсуждение

Как показано на рис. 1а, для синтеза целевых материалов предварительный нагрев позволил удалить с фильтровальной бумаги нестабильные примеси и влагу, при этом цвет изменился на светло-желтый. Затем для поддержки металлических наночастиц обработанную фильтровальную бумагу пропитывали раствором ионов меди. В процессе высокотемпературного обжига в трубчатой ​​печи образовались атомы меди и крошечные кристаллиты. Поскольку скорость зарождения и роста наночастиц меди меньше, чем скорость пиролиза углерода, эти исходные микрокристаллы меди могут катализировать разложение и испарение углерода, что приводит к образованию дырок [31]. Наконец, были приготовлены коричнево-черные образцы Cu NP @ PC. Обратите внимание, что чрезмерная концентрация ионов меди увеличивает скорость зародышеобразования, вызывая образование непористых углеродных материалов. Чтобы идентифицировать компоненты подготовленного образца, были собраны картины дифракции рентгеновских лучей (XRD), как показано на рис. 1b. Образцы Cu NP @ PC и Cu NP / C имеют дифракционные пики меди и углерода. Три острых характеристических пика, расположенные под углами дифракции 43,2 °, 50,3 ° и 73,9 °, могут быть соответственно отнесены к плоскостям решетки (111), (200) и (220) от наночастиц меди (PDF # 04-0836) [32, 33]. Широкий пик с центром около 25 ° соответствует кристаллической грани (002) из ​​графитированного углерода, что будет способствовать переносу электронов в последующих электрохимических реакциях [3, 25, 34]. Для анализа конкретного состава углерода были собраны спектры комбинационного рассеяния Cu NP @ PC и Cu NP / C. Как показано на рис. 1c, D-полоса и G-полоса могут быть однозначно определены по пику около 1350 см -1 . и 1600 см −1 соответственно [35]. Как сообщается, полоса G вызвана относительным движением sp 2 атомов углерода, а полоса D связана с режимом дыхания углеродных колец [36]. Здесь рассчитанное отношение полос D / G для Cu NP @ PC составило 0,899, что совпадает со значением для Cu NP / C. Следовательно, распределение аморфного углерода и нанокристаллического графита в двух образцах схоже. Это указывает на практически одинаковые компоненты двух полученных материалов, т.е. что и Cu NP @ PC, и Cu NP / C состоят из наночастиц меди и углеродных каркасов. Для дальнейшего выявления информации о микроструктуре были исследованы FTIR-спектры Cu NP @ PC и Cu NP / C. Как показано на рис. 1d, можно видеть, что сигналы, расположенные на 1734 см −1 и 1628 см −1 появляются в Cu NP @ PC, что можно объяснить валентным колебанием C =O [39] и валентным колебанием C – O [40]. По сравнению с Cu NP / C полоса при 2363 см -1 из Cu NP @ PC относится к двуокиси углерода в воздухе. Небольшая полоса поглощения наблюдалась при 3466 см -1 . из Cu NP @ PC и Cu NP / C можно отнести к валентному колебанию связи O – H в молекуле воды [37].

а Схематическое изображение приготовления образцов Cu NP @ PC и Cu NP / C; б Рентгенограмма Cu NP @ PC и Cu NP / C; c Рамановские спектры Cu NP @ PC и Cu NP / C; и d ИК-Фурье спектры Cu NP @ PC и Cu NP / C

Для наблюдения за морфологией и структурой полученных материалов были проведены эксперименты на сканирующем электронном микроскопе (SEM). Для образца Cu NP @ PC изображение на СЭМ на рис. 2a показывает, что многочисленные дырки случайным образом распределены на поверхности углеродного слоя, и наночастицы меди находятся только в этих отверстиях. На рис. 2б показано, что почти все наночастицы меди находятся наполовину внутри, наполовину снаружи. Как сообщается, электрохимическая реакция обычно включает перенос электронов и масс. Таким образом, половина внутри будет способствовать переносу электронов с углеродной подложкой, а половина снаружи может действовать как активные центры, взаимодействуя с веществами. Это в конечном итоге повысит эффективность электрохимических реакций. На рис. 2c пористый углерод не обнаружен, и все наночастицы меди поддерживаются на поверхности углерода в образце Cu NP / C. Некоторые агломерации даже имели место на рис. 2г. Кроме того, размер наночастиц меди из двух образцов составлял 0,406 и 0,398 мкм соответственно, исходя из сотни металлических наночастиц. Таким образом, размер наночастиц меди, выращенных при двух различных концентрациях ионов меди, не сильно отличается, что указывает на то, что увеличение концентрации ионов меди может контролировать только морфологию углерода. Более того, из изображения ПЭМ на рис. 2e можно увидеть, что увеличенные наночастицы меди имеют размер, аналогичный размерам этих отверстий, и частично заключены в них, что снова указывает на успешное формирование целевых композитов. Для дальнейшего выявления пористых свойств полученных материалов были исследованы изотермы адсорбции азота Cu NP @ PC и Cu NP / C. Как показано на рис. 2f, рассчитанная по БЭТ площадь поверхности наноматериалов Cu NP @ PC составляла 309,95 м 2 . / г, что намного выше, чем у Cu NP / C. Это согласуется с результатами SEM и TEM.

а , b Изображения Cu NP @ PC на сканирующем электронном микроскопе (СЭМ) при разном увеличении; c , d Изображения Cu NP / C на сканирующем электронном микроскопе (SEM) при разном увеличении; е Изображение Cu NP @ PC, полученное с помощью просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ); и е Анализ площади поверхности Брунауэра – Эммета – Теллера (БЭТ) Cu NP @ PC и Cu NP / C

Для исследования электронной структуры образцов была проведена рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (XPS). На рис. 3a и b показаны полные обзорные XPS-спектры Cu NP @ PC и Cu NP / C, соответственно, которые показывают наличие Cu, C и O. Для элемента Cu на рис. 3c представлены развернутые Cu 2 р XPS-спектры Cu NP @ PC и Cu NP / C. Оба сигнала производились в одних и тех же положениях пиков, что указывает на одинаковый состав двух образцов. Два очевидных пика при 952,5 эВ и 932,8 эВ приписываются Cu 2 p 3/2 и Cu 2 p 1/2 Cu (0), что свидетельствует о наличии металлической меди [38]. Энергии связи при 953,7 эВ и 934,8 эВ относятся к Cu 2 p 3/2 и Cu 2 p 1/2 из Cu (II) [39,40,41]. Присутствие Cu (II) также подтверждается слабыми сателлитными пиками при 944,2 эВ и 941,4 эВ [10]. Из подгоночных пиков, соответствующих Cu (0) и Cu (II), отношения Cu (0) / Cu (II) в Cu NP @ PC и Cu NP / C оцениваются как 2,2 и 1,8, соответственно. Это можно объяснить тем, что поверхностные атомы меди в Cu NP @ PC нелегко окисляются из-за инкапсуляции пористого углеродного слоя. Между тем, большее количество металлических атомов меди может играть важную роль для определения глюкозы. Для C1 s В спектре двух образцов на рис. 3d три сигнала, расположенные при 289 эВ, 286 эВ и 284,8 эВ, соответствуют C =O, C – O, C – C / C – H, соответственно, что указывает на существование кислородсодержащих функциональные группы, такие как карбоксильная группа [42, 43], и в соответствии с результатами FTIR.

а Спектр обзора XPS Cu NP @ PC; б Обзорный спектр XPS Cu NP / C; c Cu 2 p XPS-спектры Cu NP @ PC и Cu NP / C; и d C 1 XPS-спектры Cu NP @ PC и Cu NP / C

Основываясь на преимуществах пористого углерода, были исследованы электрохимические сенсорные свойства Cu NP @ PC и Cu NP / C по отношению к глюкозе в 0,1 М растворе КОН. В качестве образца сравнения используется чистый углеродный материал без наночастиц меди. Как показано на рис. 4a, циклические вольтамперометрические кривые (CV) показывают наибольший отклик по току от Cu NP @ PC с присутствием 0,2 мМ глюкозы в электролите по сравнению с Cu NP / C и образцом чистого углерода. В частности, плотность тока 0,31 мА / см −2 был получен при потенциале 0,55 В. Это указывает на то, что приготовленный Cu NP @ PC является лучшим катализатором окисления глюкозы, что может быть разумным благодаря своей пористой структуре. Сообщается, что пористость может способствовать массопереносу [29]. Здесь, чтобы продемонстрировать усиленный массоперенос, влияние скорости сканирования на окисление глюкозы было исследовано на электроде, модифицированном Cu NP @ PC. Как показано на рис. 4b, плотность тока увеличивается по градиенту при изменении скорости сканирования от 20, 40, 60 до 80 мВ / с. На рисунке 4c показана аппроксимирующая кривая между плотностью тока ( Дж p ) и квадратный корень из скорости сканирования ( v 1/2 ). Линейную зависимость можно выразить как: J p =0,00254 v 1/2 - 0,00359 (коэффициент корреляции: R 2 =0,995), что указывает на контролируемый диффузией процесс окисления глюкозы на электроде, модифицированном Cu NP @ PC [44]. Кроме того, на рис. 4d спектры электрохимического импеданса (EIS) показывают, что сопротивление переносу заряда Cu NP @ PC ниже, чем у Cu NP / C. Таким образом, комбинируя ускоренный массоперенос и улучшенный процесс переноса электронов, каталитическое окисление глюкозы на электроде, модифицированном Cu NP @ PC, можно изобразить на рис. 4e. Cu (II) сначала был окислен до Cu (III), который впоследствии принял электрон и восстановился до Cu (II). Во время этого процесса молекула глюкозы отдавала электрон и окислялась до глюконолактона. Благодаря пористости материалов образовавшийся глюконолактон может быть быстро переведен в раствор, а затем гидролизован до глюконовой кислоты [3, 45].

а CV-кривые Cu NP @ PC, Cu NP / C и образца чистого углерода для реакции окисления глюкозы; (0,2 мМ глюкозы, 0,1 М КОН, скорость сканирования:100 мВ / с.) b ЦВА-кривые Cu NP @ PC в 0,1 М КОН при различных скоростях сканирования (20, 40, 60, 80 мВ / с); c График зависимости плотности тока при 0,4 В от квадратного корня из скорости сканирования; г Спектры электрохимического импеданса Cu NP @ PC и Cu NP / C; и е Принципиальная схема механизма процесса превращения глюкозы на Cu NP @ PC

В соответствии с превосходными характеристиками электрохимического каталитического окисления была исследована способность Cu NP @ PC воспринимать потенциал глюкозы. Для качественного изучения текущей реакции Cu NP @ PC на концентрацию глюкозы была проведена циклическая вольтамперометрия в концентрациях 2, 4, 6, 8 и 10 мМ. Как показано на рис. 5а, плотность тока от электрода, модифицированного Cu NP @ PC, постепенно увеличивается с увеличением концентрации глюкозы, что свидетельствует о потенциально превосходных характеристиках считывания. Для количественного выявления свойств чувствительности к глюкозе Cu NP @ PC была проведена хроноамперометрия (I-t) и выбран потенциал 0,55 В. Как показано на рис. 5b, плотность тока от электрода, модифицированного Cu NP @ PC, постепенно увеличивается с увеличением концентрации глюкозы от 0,01 до 1,1 мМ. Из кривых I – t на рис. 5d подобранная калибровочная кривая между концентрациями глюкозы и токами ответа может быть выражена как: y =0,3378 x + 0,0077 (коэффициент корреляции: R 2 =0,997). Между тем, чувствительность была определена как 84,5 мкА (ммоль / л) -1 . . По формуле LOD =3 σ / q [46] (σ обозначает стандартное отклонение отклика холостого опыта, а q - наклон кривой линейной регрессии), предел обнаружения был рассчитан как 2,1 мкмоль / л. Эти два индекса намного лучше, чем в большинстве предыдущих отчетов, как показано на рис. 6b [47,48,49,50,51,52]. Для сравнения, плотность тока кривой I-t для электрода, модифицированного Cu NP / C, также показывает градиентное изменение с увеличением концентрации глюкозы, как показано на фиг. 5c. Однако масштабы изменений значительно сократились. Как показано на рис. 5d, аппроксимирующая линейная кривая между концентрациями глюкозы и током ответа была представлена ​​как: y =0,007 x + 0,0017 (коэффициент корреляции R 2 =0,998). Чувствительность составила 1,75 мкА (ммоль / л) -1 . и предел обнаружения был оценен как 10 мкмоль / л. Следовательно, по сравнению с результатами Cu NP / C, чувствительность образца Cu NP @ PC была также улучшена за счет пористой углеродной подложки.

а ЦВА-кривые Cu NP @ PC в 0,1 М КОН в присутствии глюкозы при различных концентрациях 2, 4, 6, 8 и 10 мМ. Скорость сканирования:100 мВ / с; б Амперометрические ответы Cu NP @ PC при последовательном добавлении раствора глюкозы в 0,1 М КОН при 0,55 В (по сравнению с Ag / AgCl); c Амперометрические ответы Cu NP / C при последовательном добавлении раствора глюкозы в 0,1 М КОН при 0,55 В (по сравнению с Ag / AgCl); и d Соответствующие калибровочные кривые Cu NP @ PC и Cu NP / C для определения глюкозы. Планки погрешностей были получены на основе трех повторов эксперимента

а Токи отклика Cu NP @ PC после введения 0,01 мМ раствора глюкозы, 0,01 мМ ацетата аммония (NH 4 OAc), 0,01 мМ хлорида натрия (NaCl), 0,01 мМ мочевины (UA), 0,01 мМ лимонной кислоты (CA) соответственно; и b Сострадание LOD и чувствительность между Cu NP @ PC и ранее опубликованными материалами

Как хорошо известно, способность к помехам - еще один ключевой фактор для оценки чувствительности материалов. В этой работе для исследования селективности электрода, модифицированного Cu NP @ PC, по отношению к глюкозе, несколько мешающих веществ, включая ацетат аммония (NH 4 OAc), хлорид натрия (NaCl), мочевина (UA), лимонная кислота (CA) с концентрацией 0,01 мМ были выбраны и вводились последовательно в электролит [53]. Очевидно, что изменение плотности тока, вызванное мешающими веществами, может быть незначительным. Только когда вводили 0,01 мМ глюкозы, плотность тока значительно увеличивалась, несмотря на вышеуказанные помехи, как показано на фиг. 6a. Более того, используя мочу в качестве субстрата, эта предложенная система все еще может обеспечить чувствительность определения глюкозы, сравнимую с коммерческой тестовой бумагой (дополнительный файл 1:рисунки S3 и S4). Следовательно, материалы Cu NP @ PC обладают превосходной электрохимической каталитической способностью к окислению и чувствительностью к глюкозе.

Заключение

Композит, состоящий из наночастиц меди и пористой углеродной подложки, был разработан и синтезирован путем прокаливания коммерческой фильтровальной бумаги, пропитанной ионами меди. Благодаря преимуществам пористости приготовленный Cu NP @ PC показал отличную способность к электрохимическому окислению глюкозы и зондированию. Чувствительность составила 84,5 мкА мМ -1 . и предел обнаружения был рассчитан как 2,1 мкМ, что намного превосходит те, которые использовались в большинстве предыдущих отчетов. Кроме того, электрод, модифицированный Cu NP @ PC, также показал хорошую селективность по глюкозе. Таким образом, композит, подготовленный в этой работе, станет не только новым кандидатом для создания портативных сенсоров глюкозы, но и новой идеей для получения пористых углеродных материалов.

Доступность данных и материалов

Все данные и выводы, сделанные в этой работе, представлены в этой статье.

Сокращения

LOD:

Предел обнаружения

rGO:

Восстановленный оксид графена

MOF:

Металлоорганический каркас

XRD:

Рентгеновская дифракция

SEM:

Сканирующий электронный микроскоп

ТЕМ:

Просвечивающая электронная микроскопия

СТАВКА:

Брунауэр – Эммет – Теллер

XPS:

Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия

Резюме:

Циклические вольтамперометрические кривые

Я-т:

Хроноамперометрия

UA:

Мочевина

CA:

Лимонная кислота


Наноматериалы

  1. Как улучшить характеристики медно-вольфрамового сплава?
  2. Углеродные нанотрубки расширяют границы гибкой электроники
  3. В гармонии с сердцем атома меди
  4. Углерод в океане, полученный в атомном масштабе
  5. Преимущества протезов из углеродного волокна
  6. Характеристики стекловолокна
  7. Улучшенное фотоэлектрохимическое определение мочевой кислоты на электроде из стеклоуглерода, модифицирова…
  8. Высокоэффективное определение H2 для многослойных гетеропереходов MoS2 / SiO2 / Si за счет декорирования поверхнос…
  9. Повышение точности и производительности вашего станка гидроабразивной резки
  10. Антимикробные свойства меди