Phosphure de cobalt (Co2P) avec une activité électrocatalytique notable conçu pour la bioanalyse sensible et sélective sans enzyme du peroxyde d'hydrogène

Introduction

Peroxyde d'hydrogène (H₂ O₂ ) est une espèce réactive représentative de l'oxygène dans les organismes vivants, et elle joue un rôle essentiel dans la fonction physiologique normale [1]. La concentration de H₂ O₂ dans les cellules vivantes est étroitement liée à l'équilibre physiologique cellulaire [2]. De nombreuses études ont également rapporté que le cancer, les maladies d'Alzheimer, les maladies de Parkinson et certaines maladies graves peuvent être causés par une concentration anormale de H₂ O₂ [3,4,5]. Développer des méthodes précises, sensibles, rapides et sélectives pour détecter la concentration de H₂ O₂ , un biomarqueur normal du stress oxydatif, sera sans aucun doute bénéfique pour le diagnostic précoce. Jusqu'à présent, une multitude de méthodes analytiques telles que la spectroscopie [6], la colorimétrie [7], la fluorescence [8, 9] et les méthodes électrochimiques [10,11,12] ont été appliquées dans H₂ O₂ détermination. La méthode électrochimique, en particulier le test ampérométrique, devient progressivement l'une des méthodes de détection les plus simples et les plus efficaces pour H₂ O₂ analyse biologique parmi diverses méthodes de détection en raison de ses avantages tels qu'une sensibilité élevée, une sélectivité exceptionnelle et un faible coût.

Les capteurs électrochimiques enzymatiques se sont avérés être des instruments efficaces pour détecter H₂ O₂ . Cependant, l'application pratique à grande échelle des capteurs à base d'enzymes est limitée par une immobilisation compliquée, une instabilité environnementale et une faible reproductibilité. Par conséquent, le développement électrochimique non enzymatique H₂ O₂ capteurs est hautement indispensable.

Ces dernières années, un nombre croissant de capteurs à base de métal noble [13,14,15], de métal non noble et de leurs composés correspondants [16,17,18,19] ou de matériaux carbonés [20, 21] ont été utilisés pour électrochimique H₂ O₂ détection. En tant que matériaux électrochimiques actifs pour la fabrication de biocapteurs non enzymatiques, les composés de métaux de transition ont suscité un intérêt croissant. Les phosphures de métaux de transition (TMP) sont une classe de matériaux nouvellement développés avec une excellente activité électrocatalytique, une bonne conductivité électrique et de nombreuses propriétés exceptionnelles. Ainsi, ils ont été largement étudiés pour des applications dans le fractionnement de l'eau [22, 23], l'hydrodésulfuration [24] et les électrodes de supercondensateurs [25]. Des recherches récentes indiquent que CoP, Ni₂ P et Cu₃ P [26,27,28] peut également être utilisé comme électrocatalyseur efficace pour H₂ non enzymatique O₂ détection. Cependant, le nombre de recherches sur l'application des TMP en bioanalyse est encore limité de nos jours. En outre, l'utilisation de triphénylphosphine [29, 30], de phosphore blanc [31, 32] ou d'une autre source de phosphore dangereuse pour l'environnement [33] peut augmenter le risque opérationnel dans la préparation des TMP. Par conséquent, certains travaux de recherche pour développer une méthode verte dans la préparation de TMP méritent d'être complétés dans ce domaine.

Dans ce travail, des nanoparticules de phosphure de cobalt (Co₂ P NPs) ont été préparés par une méthode hydrothermale en une étape utilisant de l'acétate de cobalt et du phosphore rouge comme matières premières. Ici, nous avons fabriqué Co₂ P NPs sur substrat d'oxyde d'indium et d'étain (ITO) par la méthode de coulée par goutte pour H₂ O₂ détection. Co₂ P a montré une excellente activité électrocatalytique envers H₂ O₂ réduction. De plus, il a révélé une sélectivité favorable, une excellente reproductibilité et une bonne stabilité, ce qui a donc montré son application potentielle en tant que plate-forme sensible pour H₂ O₂ détection.

Section expérimentale

Réactifs et matériaux

Tous les réactifs étaient de qualité analytique et utilisés sans autre purification. Acétate de cobalt (II) tétrahydraté (Co(Ac)₂ ·4H₂ O), chlorure de cobalt hexahydraté (CoCl₂ ·6H₂ O), D-(+)-glucose, L-Glycine (L-Gly), acide ascorbique (AA), acide urique (UA), urée, NaCl, KCl, NaH₂ Bon de commande₄ , Na₂ HPO₄ , peroxyde d'hydrogène (30% H₂ O₂ ), l'éthanol et l'acétone ont été achetés auprès de Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd. Chine. Le D-(–)-fructose, la L-arginine (L-Arg), la L-lysine (L-Lys), la dopamine (DA), l'acétaminophène (APAP), l'acide amino triméthylène phosphonique (ATMP, 50 % en poids) ont été achetés auprès de Aladdin Ltd. Le phosphore rouge commercial (98,5 %, 100 mesh) a été acheté auprès d'Energy Chemical Technology (Shanghai) Co., Ltd. La dispersion de polymère Nafion PFSA (5 %) a été achetée auprès de Beijing Honghaitian technology Co., Ltd. De l'eau déminéralisée a été utilisée dans toutes les expériences. Le verre d'oxyde d'indium et d'étain (ITO) (10 × 20 × 1,1 mm avec un film ITO de 185 ± 2 nm et une résistance de feuille de 6,6 ± 0,1 Ω) a été fourni par Shenzhen South Xiangcheng Technology Co., Ltd.

Synthèse de Co₂ P Nanoparticules

Du phosphore rouge commercial (2 g) a été dispersé dans 15 mL de H₂ O sous sonification et traité hydrothermiquement à 200 °C pendant 12 h dans un autoclave inoxydable de 50 mL revêtu de téflon pour éliminer les couches d'oxyde [34]. Ensuite, le phosphore rouge traité hydrothermalement a été séché dans une étuve à vide. Après avoir terminé le prétraitement du phosphore rouge, 1 mmol Co(Ac)₂ ·4H₂ O a été dissous dans 30 ml d'eau distillée pour obtenir une solution aqueuse. Ensuite, le phosphore rouge traité hydrothermalement a été ajouté à la solution sous ultrasons pendant 15 min avec le rapport molaire Co/P 1/10. La suspension préparée a été versée rapidement dans un autoclave de 50 ml revêtu de téflon. Ensuite, l'autoclave a été placé dans un four électronique et traité hydrothermiquement à 160, 200, 240 °C pendant 12 h, respectivement. Ensuite, le produit a été récupéré par centrifugation et lavé trois fois avec de l'eau distillée et de l'éthanol, respectivement. Enfin, Co₂ Les PNP ont été séchées à 60 °C pendant 3 h à l'air.

Synthèse de Co(PO₃ )₂

La méthode de préparation de Co(PO₃ )₂ a été renvoyé au rapport précédent [35]. 0,1 M de CoCl₂ ·6H₂ Une solution de méthanol O a été préparée dans un premier temps. Ensuite, 2 mL d'ATMP (50 w t%) a été ajouté goutte à goutte dans 20 mL de la solution violette ci-dessus et agité pendant 30 min. Le polymère de coordination cobalt-métaphosphate insoluble s'est formé dans la solution par la suite. La poudre rose obtenue a été encore chauffée à 900 °C sous flux d'Ar avec une vitesse de chauffage de 5 °C·min ⁻¹ puis maintenu pendant 2 h. Après refroidissement à température ambiante, le produit noir a été récupéré et réchauffé à 650 °C pendant 4 h dans l'air pour éliminer le ligand organique carbonisé. Enfin, la poudre violet clair de Co(PO₃ )₂ a été obtenu.

Fabrication de Co₂ Électrode P/ITO

Tout d'abord, le verre ITO (1 cm × 2 cm) a été nettoyé dans de l'acétone, de l'éthanol et de l'eau déminéralisée pendant 10 min, respectivement, par sonication. Après cela, l'ITO traité a été séché sous balayage d'azote. Pour la modification de l'électrode, 5 mg de Co₂ Les PNP ont été dispersées dans 1 mL d'eau déminéralisée pour former 5 mg mL ⁻¹ Co₂ P suspension. Ensuite, 5 ul de solution de Nafion à 5 % ont été ajoutés à la suspension et le mélange a été soumis aux ultrasons pendant 15 minutes pour obtenir une suspension uniforme semblable à de l'encre. Le Co₂ L'électrode P/ITO a été préparée en coulant 100 L de Co₂ P suspension sur la surface de l'ITO, et séché à l'air comme électrode de travail. Le processus de préparation schématique de Co₂ L'électrode P/ITO est illustrée dans le schéma 1.

Préparation schématique de Co₂ Électrode P/ITO et H₂ O₂ détection

Caractérisations

Les données de diffraction des rayons X (XRD) ont été analysées par un diffractomètre D8 ADVANCE avec un rayonnement Cu Kα. La mesure par microscopie électronique à transmission (MET) a été réalisée à l'aide d'un Tecnai G2 F20 avec un détecteur à spectre dispersé en énergie. Les spectres de spectroscopie photoélectronique aux rayons X (XPS) ont été mesurés sur un spectromètre Thermo ESCALAB 250XI.

Mesures électrochimiques

Les mesures de voltamétrie ont été effectuées par le poste de travail électrochimique CHI 660E dans un système à trois électrodes, utilisant du Co₂ Électrode P/ITO comme électrode de travail, une feuille de platine (1 cm × 1 cm) comme contre-électrode et Ag/AgCl avec une solution de KCl 3 M comme électrode de référence pour étudier les activités électrochimiques des échantillons synthétisés pour H_{2 O2 détection. Une solution saline tamponnée au phosphate (PBS ; 0,1 M, pH 7,4) a été utilisée comme électrolyte pour simuler le milieu physiologique dans le corps humain. Les performances de détection du Co2 Electrode P/ITO vers H2 O2 détection ont été étudiées par voltamétrie cyclique (CV) et ampérométrie (I-t). Toutes les expériences de détection ont été réalisées sous 100 rpm d'agitation à température ambiante. Des tests d'impédance électrochimique ont été effectués sur le poste de travail électrochimique VersaSTAT 3F et une solution de ferricyanure a été utilisée comme électrolyte pour la mesure d'impédance.}

Résultats et discussion

Caractérisation de Co₂ P NP

La structure cristalline du Co₂ P NPs a été confirmée par mesure XRD. La figure 1a montre les modèles XRD de Co₂ Échantillons P préparés à 160, 200 et 240 °C pendant 12 h. Le Co₂ L'échantillon P préparé à 200 °C montre des pics de diffraction à environ 40,7°, 40,9°, 52,0° et 56,2° qui correspondent aux plans de diffraction caractéristiques à (121), (201), (002) et (320) pour la phase orthorhombique de Co₂ P (JCPDS n° 32-0306). Lorsque la température variait de 160 à 200 °C, les intensités des pics de diffraction augmentaient et les pics devenaient plus étroits et plus nets, indiquant que les produits avaient une cristallinité plus élevée à 200 °C. Cependant, lorsque la température a atteint 240 °C, des impuretés se sont formées et les pics de diffraction à 29,7° ont été attribués au plan de diffraction à (-222) de Co(PO₃ )₂ (JCPDS n° 27-1120). L'influence du temps de synthèse sur la préparation du Co₂ P en dessous de 200 °C est indiqué dans le fichier supplémentaire 1 :Fig. S1. Lorsque la durée a été contrôlée dans les 12 h, le Co₂ obtenu Les P NP ont affiché la valeur la plus faible de pleine largeur à la moitié du maximum du pic (121), suggérant une meilleure cristallinité. En outre, aucune impureté n'existait dans l'échantillon lorsque le temps de réaction variait de 6 à 24 h. Selon la formule de Scherrer, la granulométrie calculée de Co₂ Les PNP préparées à 200 °C pendant 12 h étaient de 14,2 nm.

un Modèles XRD de Co₂ P NPs préparées à différentes températures pendant 12 h. b Image au microscope électronique à transmission et image au microscope électronique à transmission à haute résolution (en médaillon) de Co₂ P NPs. Spectres XPS de Co₂ P dans le c Co 2p région et d P 2p région

La morphologie de Co₂ P NPs a été évalué par des mesures MET. Comme le montre la Fig. 1b, le produit préparé à 200 °C est composé de nanoparticules irrégulières d'un diamètre d'environ 10 à 20 nm et deux franges de réseau sont clairement visibles sur l'image TEM haute résolution (HRTEM) (encadrée sur la Fig. 1b). La distance entre les plans voisins est de 0,22 nm, correspondant aux (121) facettes de Co₂ P, ce qui confirme en outre que la formation de TMP est Co₂ P.

La technique XPS a été utilisée pour analyser les compositions chimiques à la surface du Co₂ P. Fichier supplémentaire 1 :La figure S2 montre le spectre de levé XPS de Co₂ Des éléments P. Co, P et O sont détectés dans l'échantillon, confirmant l'existence de Co₂ P et certains produits oxydés. Spectres de spectroscopie à rayons X à dispersion d'énergie (EDX) de Co₂ P (Fichier supplémentaire 1 :Fig. S3) confirme encore la coexistence de trois éléments (Co, P, O) dans l'échantillon. Les spectres XPS haute résolution de Co 2p et P 2p sont représentés respectivement sur les Fig. 1c, d. Dans le spectre Co 2p, les pics à 781,1 et 797,6 eV peuvent être attribués aux énergies de liaison (BE) de Co ²⁺ 2p _3/2 et Co ²⁺ 2p _1/2 , respectivement [26, 36]. Les pics à 786,0 et 803,1 eV sont deux pics satellitaires apparents. Le Co 2p BE de 778,2 eV se décale positivement de celui du Co métallique (777,9 eV), ce qui suggère que Co dans Co₂ P a une charge positive partielle (δ ⁺ ) avec une petite valeur (0 < δ < 2) [37]. Au contraire, le P 2p BE de 129,4 eV se décale négativement par rapport à celui du P élémentaire (130,2 eV) de sorte que le P a une charge négative partielle (δ ⁻ ) en Co₂ P. Les changements de BE en élément Co et P par rapport à leur substance élémentaire, respectivement, révèlent que la direction de transfert de la densité électronique en Co₂ P est de Co à P [38]. Oxydation superficielle du Co₂ P génère quelques espèces P oxydées dans l'échantillon. Par conséquent, les pics à 133,2 eV dans la plage BE élevée sont attribués aux oxydes [39].

Détection électrochimique de H₂ O₂ à Co₂ Électrode P/ITO

Pour étudier l'activité électrocatalytique du Co₂ P NPs dans H₂ O₂ réduction, nous avons conçu un H₂ non enzymatique O₂ électrode par coulée en goutte de Co₂ Suspension de P NPs sur une surface ITO nue. La figure 2a montre les courbes CV de l'ITO nu et du Co₂ P/ITO dans 0,1 M de PBS à pH 7,4 avec et sans 5,0 mM H₂ O₂ , respectivement. Les lignes pointillées indiquent que la réponse de l'ITO nu à H₂ O₂ la réduction est négligeable. Cependant, le Co₂ L'électrode P/ITO présente un pic de réduction remarquable à - 0,5 V en présence de H₂ O₂ , qui démontre l'activité électrocatalytique importante du Co₂ P NPs vers H₂ O₂ réduction. La figure 2b présente les courbes CV de Co₂ P/ITO à différentes vitesses de balayage (de 30 à 100 mV s ⁻¹ ) avec 2,5 mM H₂ O₂ . Lors de l'augmentation de la vitesse de balayage, le courant de crête de réduction a augmenté et le potentiel de crête s'est déplacé vers le côté potentiel le plus négatif, indiquant la réduction de H₂ O₂ sur Co₂ P/ITO a été une réaction irréversible. La courbe d'étalonnage correspondante (encadré, Fig. 2b) montre que les densités de courant de crête de réduction augmentent linéairement proportionnellement à la vitesse de balayage, suggérant que la réduction électrochimique de H₂ O₂ à la surface de Co₂ L'électrode P/ITO est un processus contrôlé en surface [40].

un Courbes CV de l'ITO nu et du Co₂ Électrode P/ITO en PBS 0,1 M avec et sans 5,0 mM H₂ O₂ à une fréquence de balayage de 100 mV s ⁻¹ . b Courbes CV de Co₂ Électrode P/ITO en 2,5 mM H₂ O₂ à des taux de balayage de 30 à 100 mV s ⁻¹ . Encart : le tracé correspondant du courant en fonction de la vitesse de balayage. c Réponses ampérométriques de Co₂ Electrode P/ITO avec ajout successif de H₂ O₂ dans 0,1 M de PBS. d La courbe d'étalonnage du courant permanent en fonction de la concentration de H₂ O₂

Les figures 2c, d montrent la réponse ampérométrique et la courbe d'étalonnage de Co₂ Electrode P/ITO lors de l'ajout successif de H₂ O₂ dans le PBS 0,1 M à - 0,5 V sous agitation. Le Co₂ L'électrode P/ITO a montré une réponse rapide à l'ajout de H₂ O₂ et atteint le courant en régime permanent en 5 s. La courbe d'étalonnage de la figure 2d montre que le transducteur affiche une plage multilinéaire de H₂ O₂ concentration de 0,001 à 1,0 mM, 1,0 à 5,0 mM et 5,0 à 10,0 mM. La sensibilité du capteur change avec l'augmentation de la concentration de H₂ O₂ , due au changement de la cinétique de réduction électrocatalytique de H₂ O₂ sur la surface de l'électrode. Selon les rapports précédents, l'étape déterminante de la vitesse de H₂ O₂ la réduction est dominée par H₂ O₂ l'adsorption à faible concentration, tandis que l'activation de H₂ O₂ est le principal déterminant à haute concentration. Dans la région médiane, la cinétique de réduction de H₂ O₂ est contrôlé par adsorption et activation à la fois [10]. Une multitude d'analystes vont adsorber à la surface du Co₂ P et couvrent les sites actifs à forte concentration, ce qui conduit à la diminution de la sensibilité [41].

La comparaison sur H₂ O₂ performances de détection du Co₂ préparé L'échantillon de P à diverses températures et durées de réaction est présenté dans le fichier supplémentaire 1 :Fig. S4, S5 et tableau S1, indiquant que le Co₂ L'échantillon P préparé à 200 °C pendant 12 h affiche le meilleur H₂ O₂ performances de détection. Lorsque la température de réaction s'élevait à 240 °C, le Co(PO₃ formé )₂ en Co₂ P pourrait être considéré comme une impureté. Pour clarifier davantage l'influence de Co(PO₃ )₂ sur H₂ O₂ détection, les propriétés électrochimiques de Co(PO₃ )₂ ont fait l'objet d'une enquête. Comme indiqué dans le fichier supplémentaire 1 :Fig. S6, Co(PO₃ )₂ affiche une réponse électrochimique négligeable vers H₂ O₂ et sa conductivité est inférieure à Co₂ P, qui décline le signal actuel de Co₂ P/ITO en test ampérométrique. Par conséquent, la pureté plus élevée et la meilleure cristallinité du Co₂ L'échantillon P peut contribuer à l'amélioration des performances de détection. Ainsi, nous choisissons le Co₂ Échantillon P préparé à 200 °C et 12 h comme le meilleur H₂ O₂ matériel de détection. L'étalonnage I –t La courbe présente également une bonne relation linéaire dans la concentration de 1,0 à 50 μM, la plage physiologique de H₂ O₂ concentration dans le biosystème (Fig. S7) [28], ce qui pourrait être utile pour améliorer la possibilité d'applications pratiques de ce capteur. De plus, la limite de détection (LOD) du H₂ O₂ le capteur peut être calculé comme étant de 0,65 μM à un rapport signal/bruit de 3. Par rapport au H₂ précédemment signalé O₂ capteur, les performances électrochimiques complètes de notre Co₂ Les transducteurs P/ITO sont supérieurs à ceux ayant une sensibilité, une plage linéaire et un LOD favorables, comme indiqué dans le tableau 1.

Après avoir détecté 1,0 mM H₂ O₂ 35 fois (Fig. 3a, b), les spectres XPS dans Co 2p et P 2p région de Co₂ P sont analysés pour étudier davantage le mécanisme de détection. Il n'y a pas de changement significatif dans la position des pics dans P 2p région avant et après H₂ O₂ détection. Cependant, les pics à 778,2 et 793,0 eV en Co 2p spectre a disparu après plusieurs mesures. Comme le pic à 778,2 eV indique l'existence d'espèces de Co réduites dans Co₂ échantillon P [37], la disparition de ces deux pics démontre que l'espèce Co réduite à faible valence en Co₂ P peut être oxydé par H₂ O₂ pendant le processus de détection, en particulier avec une concentration élevée de H₂ O₂ . Les pics résiduels en Co 2p région (782,1 et 798,3 eV) sont attribuées à Co ²⁺ 2p _3/2 et Co ²⁺ 2p _1/2 , respectivement, suggérant l'existence exclusive d'espèces Co(II) dans Co₂ P après plusieurs mesures. Selon les rapports précédents sur l'utilisation d'électrocatalyseur à base de cobalt dans H₂ O₂ détection, Co ²⁺ espèces sont démontrées comme les sites actifs catalytiques pour H₂ O₂ réduction [46,47,48]. Généralement, la réduction électrochimique en H₂ O₂ passe par deux étapes dans PBS [49, 50], comme indiqué ci-dessous.

La comparaison des spectres XPS en a Co 2p région et b P 2p région de Co₂ P avant et après détection

Dans la première étape, H₂ O₂ obtient un électron pour former OH adsorbé ⁻ (OH_annonce ). Lorsque l'OH_annonce intermédiaire obtient un électron supplémentaire, le produit final de réduction de H₂ O₂ , H₂ O, est généré. Comme le potentiel redox de H₂ O₂ /H₂ O est supérieur à Co ³⁺ /Co ²⁺ , l'espèce Co(II) dans Co₂ P peut être oxydé en Co(III) dans le processus de transfert d'électrons et H₂ O₂ est réduit à H₂ irréversiblement. Pendant le test ampérométrique, le biais appliqué est de - 0,5 V par rapport à Ag/AgCl (égal à 0,14 V par rapport à. NHE), qui est inférieur au potentiel redox standard du Co ³⁺ /Co ²⁺ . En conséquence, le Co(III) oxydé peut être réduit en Co(II) et ces sites actifs catalytiques de Co(II) sont à nouveau régénérés. Par conséquent, on peut conclure que le cycle catalytique des espèces Co (II) a lieu lors de la détection électrochimique de H₂ O₂ et les espèces Co réduites à faible valence sont oxydées par H₂ O₂ après des mesures répétitives.

Sélectivité, stabilité, reproductibilité et répétabilité de Co₂ Électrode P/ITO

La performance anti-interférence est une autre propriété importante du biocapteur. De l'azote de haute pureté a été utilisé pour éviter l'influence de l'oxygène dissous dans la solution, car l'oxygène pouvait être réduit à un potentiel similaire à celui appliqué dans le test ampérométrique [51]. Comparaison des courbes CV de Co₂ P/ITO dans 0,1 M de PBS avec ou sans purge d'azote, le potentiel de réduction et la réponse en courant de 2,5 mM H₂ O₂ sont similaires, comme le montre la figure S8, ce qui suggère donc que l'interférence de l'oxygène dissous peut être négligée. Sélectivité de Co₂ Le P/ITO a également été testé avec des substances courantes et d'autres petites molécules présentes dans les fluides corporels, telles que certains sels inorganiques, saccharides, acides aminés et biomolécules réductrices. Comme le montre la figure 4a, la réponse actuelle après l'ajout des interférences ci-dessus peut être négligée par rapport à la réponse de 1,0 mM H₂ O₂ . Comme les deux atomes O de H₂ O₂ pourrait être lié à un ou deux atomes de Co [52], le H₂ O₂ molécule s'adsorberait chimiquement sur les espèces Co(II) dans Co₂ P spécifiquement. De plus, l'interférence due à l'oxydation indiscriminée de certains composés réducteurs dans de vrais échantillons biologiques à potentiel élevé peut également être réduite de manière significative à un potentiel de biais inférieur [53]. Par conséquent, la sélectivité favorable de Co₂ P vers H₂ O₂ bénéficie principalement des espèces Co(II) en tant que sites d'adsorption spécifiques et du potentiel de biais négatif appliqué pendant le processus de détection.

un Réponses ampérométriques de Co₂ Électrode P/ITO avec ajout de 1 mM H₂ O₂ et d'autres espèces interférentes (10 mM NaCl, KCl, Glu, Fru, urée, L-Gly, L-Arg, L-Lys, AA ; 1 mM DA, UA ; 0,5 mM APAP) dans 0,1 M de PBS. b Les courants de crête cathodiques de dix courbes CV de balayage successives dans 50 μM H₂ O₂ . c Reproductibilité de six Co₂ Électrodes P/ITO pour la détection de 1,0 mM H₂ O₂ . d Répétabilité de Co₂ Électrode P/ITO pour la détection de 1,0 mM H₂ O₂ huit fois

De plus, la stabilité, la reproductibilité et la répétabilité du Co₂ Les transducteurs P/ITO ont également été évalués. La réduction des courants de crête de dix courbes CV de balayage successives dans 50 μM H₂ O₂ est illustré à la figure 4b. Après dix cycles, le courant de crête de l'électrode n'a diminué que de 2,7 %. De plus, le capteur est resté à environ 98,2 % de sa réponse actuelle initiale après avoir été stocké dans l'air pendant un mois (Fig. S9), démontrant une stabilité de détection idéale et une durabilité à long terme exceptionnelle. La reproductibilité d'électrode à électrode est étudiée en calculant l'écart type relatif (RSD) de H₂ O₂ réponses actuelles. Pour éliminer autant que possible l'erreur potentielle de fabrication des électrodes, la densité de courant stable en présence de H₂ O₂ est soustraite par le signal de fond initial de l'électrode individuelle et la valeur de différence obtenue est considérée comme la réponse électrochimique de chaque électrode. Six Co₂ Les électrodes P/ITO ont été fabriquées dans les mêmes conditions pour des expériences contrôlées et le RSD des réponses de courant était de 1,24 %, comme le montre la figure 4c, indiquant la reproductibilité relativement excellente du Co₂ P/ITO. Pendant ce temps, la répétabilité a été mesurée dans une électrode en détectant 1,0 mM H₂ O₂ huit fois, et le RSD de 1,14 % a été atteint (Fig. 4d). Les résultats ci-dessus illustrent la stabilité, la reproductibilité et la répétabilité satisfaisantes de l'électrode pour la détection électrochimique non enzymatique de H₂ O₂ .

Conclusion

En résumé, Co₂ Les PNP ont été synthétisées avec succès par la méthode hydrothermale. De plus, le Co₂ Les PNP préparées à 200 °C pendant 12 h se sont avérées être un catalyseur efficace pour la réduction électrochimique de H₂ O₂ dans du PBS à pH 7,4. En tant que H₂ non enzymatique O₂ capteur, le Co₂ L'électrode P/ITO a affiché une réponse ampérométrique rapide inférieure à 5 s, une plage de réponse plus large de 0,001 à 10,0 mM et une faible limite de détection de 0,65 μM, ainsi qu'une sélectivité, une reproductibilité et une stabilité satisfaisantes. Ce travail vise à élargir la recherche sur l'application du phosphure de métal de transition dans la détection électrochimique de petites biomolécules et notre Co₂ Le capteur P/ITO pourrait être conçu comme une nouvelle plate-forme non enzymatique pour H₂ O₂ détection.

Disponibilité des données et des matériaux

Toutes les données et tous les documents sont entièrement disponibles sans restriction.

Abréviations

NP :

Nanoparticules

ITO :

Oxyde d'indium-étain

TEM :

Microscopie électronique à transmission

HRTEM :

Microscopie électronique à transmission haute résolution

XRD :

Diffraction des rayons X

XPS :

Spectroscopie photoélectronique aux rayons X

EDX :

Spectroscopie à rayons X à dispersion d'énergie

CV :

Voltamétrie cyclique

I-t :

Ampérométrie

Gly :

Glycine

AA :

Acide ascorbique

UA :

Acide urique

Arg :

Arginine

Lys :

Lysine

DA :

Dopamine

APAP :

Acétaminophène

ATMP :

Acide triméthylène phosphonique

PBS :

Tampon phosphate

LOD :

Limite de détection

RSD :

Écart type relatif