Cobaltfosfaat Nanodeeltjes: Een Robuuste Elektrokatalysator voor Gevoelige, Enzymvrije Waterstofperoxide Detectie

Samenvatting

In dit werk werden kobaltfosfaat nanodeeltjes (Co₂P NPs) bereid door een eenvoudige en milde hydrothermale methode zonder het gebruik van schadelijke fosforbronnen. De morfologische structuur en oppervlaktecomponent van Co₂P werden gekarakteriseerd door transmissie-elektronenmicroscopie, röntgendiffractie en röntgenfoto-elektronspectroscopie metingen. Rekening houdend met de uitstekende elektrokatalytische reductieactiviteit en goede elektrische geleiding van overgangmetaalfosfiden, fabriceren we Co₂P NPs op indium-tin-oxide (ITO) substraat (Co₂P/ITO) voor H₂O₂ detectie. De Co₂P/ITO transducer vertoonde een snelle amperometrische reactie van minder dan 5 s, een bredere responsbereik van 0,001 tot 10,0 mM en een lage detectielimiet van 0,65 μM. Daarnaast toonde de niet-enzymatische Co₂P/ITO sensor uitstekende selectiviteit, reproduceerbaarheid, herhaalbaarheid en stabiliteit, wat de Co₂P/ITO elektrode kwalificeert als een heel betrouwbare en veelbelovende biosensor voor H₂O₂ sensing.

Inleiding

Waterstofperoxide (H₂O₂) is een representatieve reactieve zuurstofsoort in levende organismen en speelt een cruciale rol in de normale fysiologische functie. De concentratie van H₂O₂ in levende cellen is nauw verbonden met het cellulair fysiologisch evenwicht. Vele studies hebben ook gerapporteerd dat kanker, Alzheimer-ziekte, Parkinson-ziekte en enkele ernstige ziekten kunnen worden veroorzaakt door abnormale concentraties van H₂O₂. Het ontwikkelen van accurate, gevoelige, snelle en selectieve methoden om de concentratie van H₂O₂, een normale oxidatieve stress biomarker, te detecteren, zal ongetwijfeld gunstig zijn voor vroege diagnose. Tot nu toe zijn een reeks analytische methoden zoals spectroscopie, colorimetrie, fluorescentie en electrochemische methoden toegepast in H₂O₂ bepaling. De electrochemische methode, met name de amperometrische test, wordt geleidelijk een van de meest eenvoudige en effectieve detectiemethoden voor H₂O₂ biologische analyse onder diverse sensormethoden vanwege voordelen zoals hoge gevoeligheid, uitstekende selectiviteit en lage kosten.

Enzymatische electrochemische sensoren zijn bewijzen als effectieve instrumenten voor het detecteren van H₂O₂. Echter, de grootschalige praktische toepassing van enzym-gebaseerde sensoren wordt beperkt door gecompliceerde immobilisatie, omgevingsonstabiele en lage reproduceerbaarheid. Daarom is het ontwikkelen van niet-enzymatische electrochemische H₂O₂ sensoren hoogst noodzakelijk.

In de afgelopen jaren zijn een groeiend aantal sensoren gebaseerd op edelmetaal, niet-edelmetaal en hun bijbehorende verbindingen of koolstofmaterialen gebruikt voor electrochemische H₂O₂ detectie. Als electrochemisch actieve materialen voor het fabriceren van niet-enzymatische biosensoren, hebben overgangmetaalverbindingen toenemende belangstelling gekregen. Overgangmetaalfosfiden (TMPs) zijn een klasse van nieuw ontwikkelde materialen met uitstekende elektrokatalytische activiteit, goede elektrische geleiding en een overvloed van uitstekende eigenschappen. Daarom zijn ze uitgebreid bestudeerd voor toepassingen in watersplitsing, hydrodesulfurisering, en supercondensator elektroden. Recent onderzoek geeft aan dat CoP, Ni₂P en Cu₃P ook gebruikt kunnen worden als efficiënte elektrokatalysator voor niet-enzymatische H₂O₂ detectie. Echter, het aantal onderzoeken over de toepassing van TMPs in bioanalyse is nog steeds beperkt tegenwoordig. Daarnaast kan het gebruik van trifenylfosfine, wit fosfor of andere milieuschadelijke fosforbronnen het operationele risico verhogen bij de bereiding van TMPs. Daarom is enig onderzoekswerk voor het ontwikkelen van groene methoden in TMP bereiding de moeite waard om in dit gebied aangevuld te worden.

In dit werk werden kobaltfosfaat nanodeeltjes (Co₂P NPs) bereid door een een-staps hydrothermale methode met kobaltacetaat en rood fosfor als grondstoffen. Hierbij fabriceren we Co₂P NPs op indium-tin-oxide (ITO) substraat door drop-casting methode voor H₂O₂ detectie. Co₂P vertoonde uitstekende elektrokatalytische activiteit tegenover H₂O₂ reductie. Bovendien onthulde het gunstige selectiviteit, uitstekende reproduceerbaarheid en goede stabiliteit, wat dus zijn potentieel toepassing toont als een gevoelig platform voor H₂O₂ detectie.

Experimentele Sectie

Reagentia en Materialen

Alle reagentia waren analytische graad en werden zonder verdere zuivering gebruikt. Kobalt(II)acetaat tetrahydraat (Co(Ac)₂·4H₂O), kobaltchloride hexahydraat (CoCl₂·6H₂O), D-(+)-glucose, L-Glycine (L-Gly), ascorbijnzuur (AA), urinezuur (UA), ureum, NaCl, KCl, NaH₂PO₄, Na₂HPO₄, waterstofperoxide (30% H₂O₂), ethanol en aceton werden gekocht bij Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd. China. D-(–)-fructose, L-arginine (L-Arg), L-lysine (L-Lys), dopamine (DA), acetaminophen (APAP), amino trimethylene fosfonzuur (ATMP, 50 wt%) werden gekocht bij Aladdin Ltd. Commercieel rood fosfor (98,5%, 100 mesh) werd gekocht bij Energy Chemical Technology (Shanghai) Co., Ltd. Nafion PFSA polymere dispersie (5%) werd gekocht bij Beijing Honghaitian technology Co., Ltd. Gedemineraliseerd water werd in alle experimenten gebruikt. Het indium-tin-oxide (ITO) glas (10 × 20 × 1,1 mm met een ITO film van 185 ± 2 nm en een vlakke weerstand van 6,6 ± 0,1 Ω) werd geleverd door Shenzhen South Xiangcheng Technology Co., Ltd.

Synthese van Co₂P Nanodeeltjes

Commercieel rood fosfor (2 g) werd gedispergeerd in 15 mL H₂O onder sonificatie en hydrothermisch behandeld bij 200 °C gedurende 12 uur in een 50 mL Teflon-geblazende roestvrijstalen autoklaaf om oxide-lagen te verwijderen. Vervolgens werd het hydrothermisch behandelde rode fosfor gedroogd in een vacuümoven. Na afloop van de prebehandeling van rood fosfor, werd 1 mmol Co(Ac)₂·4H₂O opgelost in 30 mL gedestilleerd water om een waterige oplossing te verkrijgen. Vervolgens werd het hydrothermisch behandelde rode fosfor aan de oplossing toegevoegd onder ultrasonificatie gedurende 15 min met een molaire verhouding van Co/P 1/10. De bereide suspensie werd snel in een 50 mL Teflon-geblazende autoklaaf gegoten. Vervolgens werd de autoklaaf in een elektronische oven geplaatst en hydrothermisch behandeld bij 160, 200, 240 °C gedurende 12 uur, respectievelijk. Vervolgens werd het product verzameld door centrifugatie en driemaal gewassen met gedestilleerd water en ethanol, respectievelijk. Ten slotte werden Co₂P NPs gedroogd bij 60 °C gedurende 3 uur in lucht.

Synthese van Co(PO₃)₂

De bereidingsmethode van Co(PO₃)₂ werd verwezen naar het vorige rapport. 0,1 M CoCl₂·6H₂O methanol oplossing werd eerst bereid. Vervolgens werd 2 mL ATMP (50 wt%) druppelgewijs toegevoegd aan 20 mL de bovenstaande paarse oplossing en 30 min geroerd. De onoplosbare kobalt-metafosfaat coördinatiepolymer vormde zich in de oplossing. De verkregen roze poeder werd verder verhitt tot 900 °C onder Ar-stroom met een verhittingsgraad van 5 °C·min⁻¹ en daarna 2 uur gehouden. Na afkoelen tot kamertemperatuur, werd het zwarte product verzameld en opnieuw verhitt bij 650 °C gedurende 4 uur in lucht om de gecarboniseerde organische ligand te verwijderen. Ten slotte werd het licht-paarse poeder van Co(PO₃)₂ verkregen.

Fabricage van Co₂P/ITO Elektrode

Eerst werd het ITO glas (1 cm × 2 cm) gereinigd in aceton, ethanol en gedemineraliseerd water gedurende 10 min, respectievelijk, door sonificatie. Daarna werd het behandelde ITO gedroogd onder stikstofafzuiging. Voor de modificatie van de elektrode, werd 5 mg van de Co₂P NPs gedispergeerd in 1 mL gedemineraliseerd water om 5 mg mL⁻¹ Co₂P suspensie te vormen. Vervolgens werd 5 μL 5% Nafion oplossing aan de suspensie toegevoegd en het mengsel 15 min geultrasonificeerd om een uniform inktachtige suspensie te verkrijgen. De Co₂P/ITO elektrode werd bereid door 100 μL van Co₂P suspensie op het ITO oppervlak te droogkasten, en in lucht te drogen als werkende elektrode. Het schematische bereidingsproces van Co₂P/ITO elektrode is getoond in Schema 1.

Karakterisaties

De röntgendiffractie (XRD) gegevens werden geanalyseerd door een D8 ADVANCE diffractometer met Cu Kα straling. De transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) meting werd uitgevoerd met een Tecnai G2 F20 met energie-gedispergeerd spectrum detector. Röntgenfoto-elektronspectroscopie (XPS) spectra werden gemeten op een Thermo ESCALAB 250XI spectrometer.

Electrochemische Metingen

Voltammetrie metingen werden uitgevoerd door CHI 660E electrochemische werkstation in een drie-elektrode systeem, waarbij Co₂P/ITO elektrode als werkende elektrode, een platinafolie (1 cm × 1 cm) als tegen-elektrode en Ag/AgCl met 3 M KCl oplossing als referentie-elektrode om de elektrochemische activiteiten van de gesynthetiseerde monsters voor H₂O₂ detectie te bestuderen. Fosfaatbufferzoutoplossing (PBS; 0,1 M, pH 7,4) werd gebruikt als elektrolyt om het fysiologische medium in het menselijk lichaam te simuleren. De sensing prestaties van Co₂P/ITO elektrode richting H₂O₂ detectie werden onderzocht door cyclische voltammetrie (CV) en amperometrie (I-t). Alle detectie experimenten werden uitgevoerd onder 100 rpm roeren bij kamertemperatuur. Electrochemische impedantie testen werden uitgevoerd op VersaSTAT 3F electrochemische werkstation en ferricyanide oplossing werd gebruikt als elektrolyt voor impedantie meting.

Resultaten en Discussie

Karakterisatie van Co₂P NPs

De kristalstructuur van Co₂P NPs werd bevestigd door XRD meting. Figuur 1a toont de XRD patronen van Co₂P monsters bereid bij 160, 200 en 240 °C gedurende 12 uur. Het Co₂P monster bereid bij 200 °C toont diffractiepieken rond 40,7°, 40,9°, 52,0° en 56,2° die overeenkomen met de karakteristieke diffractievlakken bij (121), (201), (002) en (320) voor de orthorombische fase van Co₂P (JCPDS nr. 32-0306). Toen de temperatuur varieerde van 160 tot 200 °C, namen de intensiteiten van diffractiepieken toe en werden de pieken nauwer en scherper, wat aangeeft dat de producten een hogere kristalliniteit hadden bij 200 °C. Echter, toen de temperatuur 240 °C bereikte, werden sommige onzuiverheden gevormd en de diffractiepieken bij 29,7° werden toegeschreven aan het diffractievlak bij (-222) van Co(PO₃)₂ (JCPDS nr. 27-1120). De invloed van synthetische tijd op de bereiding van Co₂P onder 200 °C is getoond in Bijlage 1: Fig. S1. Toen de tijdsduur gecontroleerd werd binnen 12 uur, vertoonden de verkregen Co₂P NPs de laagste waarde van volle breedte op halve maximum van (121) piek, wat betere kristalliniteit suggereert. Daarnaast bestond geen van de onzuiverheden in het monster toen de reactietijd varieerde van 6 tot 24 uur. Volgens de Scherrer formule, was de berekende korrelgrootte van Co₂P NPs bereid bij 200 °C gedurende 12 uur 14,2 nm.

De morfologie van Co₂P NPs werd beoordeeld door TEM metingen. Zoals getoond in Fig. 1b, is het product bereid bij 200 °C samengesteld uit onregelmatige nanodeeltjes met een diameter van ongeveer 10–20 nm en twee roosterfranjes kunnen duidelijk worden gezien in het hoog-resolutie TEM (HRTEM) beeld (inset in Fig. 1b). De afstand tussen de burenvlakken is 0,22 nm, overeenkomend met de (121) facetten van Co₂P, wat verder bevestigt dat de vorming van TMP Co₂P is.

De XPS techniek werd gebruikt bij het analyseren van de chemische samenstellingen op het oppervlak van de Co₂P. Bijlage 1: Fig. S2 toont het XPS overzichtsspectrum van Co₂P. Co, P en O elementen worden gedetecteerd in het monster, wat het bestaan van Co₂P en sommige geoxideerde producten bevestigt. Energie-dispersieve röntgenspectroscopie (EDX) spectra van Co₂P (Bijlage 1: Fig. S3) bevestigt verder het co-bestaan van drie elementen (Co, P, O) in het monster. De hoog-resolutie XPS spectra van Co 2p en P 2p worden getoond in Fig. 1c, d, respectievelijk. In Co 2p spectrum, kunnen de pieken bij 781,1 en 797,6 eV toegeschreven worden aan de bindingsenergieën (BEs) van Co²⁺ 2p_3/2 en Co²⁺ 2p_1/2, respectievelijk. De pieken bij 786,0 en 803,1 eV zijn twee duidelijke shake-up satelietpieken. De Co 2p BE van 778,2 eV verschuift positief ten opzichte van die van metaal Co (777,9 eV), wat suggereert dat Co in Co₂P een gedeeltelijk positieve lading (δ⁺) heeft met een kleine waarde (0 < δ < 2). Integendeel, de P 2p BE van 129,4 eV verschuift negatief ten opzichte van die van elementair P (130,2 eV) zodat de P een gedeeltelijk negatieve lading (δ⁻) in Co₂P heeft. De veranderingen van BE in Co en P element vergeleken met hun elementaire stof, respectievelijk, onthullen dat de overdrachtsrichting van elektrondichtheid in Co₂P van Co naar P is. Superficiele oxidatie van Co₂P genereert een paar geoxideerde P soorten in het monster. Daarom worden de pieken bij 133,2 eV in hoog BE bereik toegewezen aan de oxiden.

Electrochemische Detectie van H₂O₂ bij Co₂P/ITO Elektrode

Om de elektrokatalytische activiteit van Co₂P NPs in H₂O₂ reductie te onderzoeken, ontwierpen we een niet-enzymatische H₂O₂ elektrode door Co₂P NPs suspensie op een kaal ITO oppervlak te droogkasten. Figuur 2a toont de CV curves van kaal ITO en Co₂P/ITO in 0,1 M PBS bij pH 7,4 met en zonder 5,0 mM H₂O₂, respectievelijk. De stippen lijnen duiden aan dat de reactie van kaal ITO op H₂O₂ reductie verwaarloosbaar is. Echter, de Co₂P/ITO elektrode vertoont een opvallende reductiepiek bij -0,5 V in de aanwezigheid van H₂O₂, wat de prominente elektrokatalytische activiteit van Co₂P NPs richting H₂O₂ reductie demonstreert. Figuur 2b presenteert de CV curves van Co₂P/ITO bij verschillende scansnelheden (van 30 tot 100 mV s⁻¹) met 2,5 mM H₂O₂. Bij het verhogen van de scansnelheid, nam de reductiepiekstroom toe en verschoven de piekpotentieel naar de meer negatieve potentieelkant, wat aangeeft dat de reductie van H₂O₂ op Co₂P/ITO een irreversibele reactie was. De bijbehorende kalibratiecurve (inset, Fig. 2b) toont dat de reductiepiekstroomdensiteiten lineair toenamevenredig zijn met de scansnelheid, wat suggereert dat de electrochemische reductie van H₂O₂ op het oppervlak van Co₂P/ITO elektrode een oppervlakte-gecontroleerd proces is.

Figuur 2c, d tonen de amperometrische respons en de kalibratiecurve van Co₂P/ITO elektrode op opeenvolgende toevoeging van H₂O₂ in de 0,1 M PBS bij -0,5 V met roeren. De Co₂P/ITO elektrode vertoonde snelle reactie op de toevoeging van H₂O₂ en bereikte de toestandsstroom binnen 5 s. De kalibratiecurve in Fig. 2d toont dat de transducer een multi-lineair bereik van H₂O₂ concentratie van 0,001 tot 1,0 mM, 1,0–5,0 mM en 5,0–10,0 mM vertoont. De gevoeligheid van de sensor verandert met de toenemende concentratie van H₂O₂, door de verandering van elektrokatalytische reductiekinetiek van H₂O₂ op het elektrodeoppervlak. Volgens eerdere rapporten, wordt de snelheidsbepalende stap van H₂O₂ reductie gedomineerd door H₂O₂ adsorptie bij lage concentratie, terwijl de activatie van H₂O₂ de belangrijkste determinant is bij hoge concentratie. In het middengebied wordt de reductiekinetiek van H₂O₂ gecontroleerd door adsorptie en activatie tegelijkertijd. Een menigte analieten zullen adsorberen op het oppervlak van Co₂P en de actieve plaatsen bedekken in de hoge concentratie, wat leidt tot afname in gevoeligheid.

De vergelijking van H₂O₂ sensing prestaties van het bereide Co₂P monster bij verschillende reactietemperatuur en tijd wordt getoond in Bijlage 1: Fig. S4, S5 en Tabel S1, wat aangeeft dat het Co₂P monster bereid bij 200 °C gedurende 12 uur de beste H₂O₂ sensing prestaties vertoont. Toen de reactietemperatuur opging tot 240 °C, kon het gevormde Co(PO₃)₂ in Co₂P worden beschouwd als onzuiverheid. Om de invloed van Co(PO₃)₂ op H₂O₂ detectie verder te verduidelijken, werden de elektrochemische eigenschappen van Co(PO₃)₂ onderzocht. Zoals getoond in Bijlage 1: Fig. S6, vertoont Co(PO₃)₂ verwaarloosbare electrochemische reactie richting H₂O₂ en zijn geleiding is inferieur aan Co₂P, wat het stroomsignaal van Co₂P/ITO in amperometrische test doet dalen. Daarom kan de hogere zuiverheid en betere kristalliniteit van Co₂P monster bijdragen aan de verbetering van sensing prestaties. Dus, we kiezen het Co₂P monster bereid bij 200 °C en 12 uur als het beste H₂O₂ sensing materiaal. De kalibratie I–t curve presenteert ook een goed lineair verband in de concentratie van 1,0–50 μM, het fysiologische bereik van H₂O₂ concentratie in biosysteem, wat kan helpen de mogelijkheid van praktische toepassingen van deze sensor te verbeteren. Daarnaast kan de detectielimiet (LOD) van de H₂O₂ sensor berekend worden als 0,65 μM bij een signaal-ruisverhouding van 3. Vergeleken met de eerder gerapporteerde H₂O₂ sensor, zijn de uitgebreide electrochemische prestaties van onze Co₂P/ITO transducer superieur aan die met gunstige gevoeligheid, lineair bereik en LOD, zoals getoond in Tabel 1.

Na herhaaldelijk detecteren van 1,0 mM H₂O₂ gedurende 35 keer (Fig. 3a, b), worden de XPS spectra in Co 2p en P 2p regio van Co₂P geanalyseerd om het sensing mechanisme verder te onderzoeken. Er is geen significante verandering in de positie van de pieken in P 2p regio voor en na H₂O₂ detectie. Echter, de pieken bij 778,2 en 793,0 eV in Co 2p spectrum verdwenen na meerdere metingen. Aangezien de piek bij 778,2 eV het bestaan van gereduceerde Co soorten in Co₂P monster aangeeft, toont het verdwijnen van deze twee pieken aan dat de gereduceerde Co soorten met lage valentie in Co₂P kunnen worden geoxideerd door H₂O₂ tijdens het detectieproces, met name bij hoge concentratie van H₂O₂. De overgebleven pieken in Co 2p regio (782,1 en 798,3 eV) worden toegeschreven aan Co²⁺ 2p_3/2 en Co²⁺ 2p_1/2, respectievelijk, wat het exclusieve bestaan van Co(II) soorten in Co₂P na meerdere metingen suggereert. Volgens eerdere rapporten over de benutting van kobalt-gebaseerde elektrokatalysator in H₂O₂ detectie, worden Co²⁺ soorten gedemonstreerd als de katalytische actieve plaatsen voor HO₂ reductie. Over het algemeen gaat de electrochemische reductie van H₂O₂ door twee stappen in PBS, zoals hieronder getoond.

$${\text{H}}_{{2}} {\text{O}}_{{2}} + {\text{ e}}^{ - } \to {\text{OH}}_{{{\text{ad}}}} + {\text{ OH}}^{ - }$$ (1) $${\text{OH}}_{{{\text{ad}}}} + {\text{ e}}^{ - } \to {\text{OH}}^{ - }$$ (2) $${\text{2OH}}^{ - } + {\text{ 2H}}^{ + } \to {\text{2H}}_{{2}} {\text{O}}$$ (3)

In de eerste stap verkrijgt H₂O₂ een elektron om geadsorbeerd OH⁻ (OH_ad) te vormen. Wanneer het intermediair OH_ad een additioneel elektron verkrijgt, wordt het eindige reductieproduct van H₂O, H₂O, gegenereerd. Aangezien het redoxpotentieel van H₂O₂/H₂O hoger is dan Co³⁺/Co²⁺, kunnen de Co(II) soorten in Co₂P geoxideerd worden tot Co(III) in het elektronenoverdrachtsproces en H₂O₂ wordt irreversibel gereduceerd tot H₂O. Tijdens de amperometrische test is de toegepaste bias -0,5 V versus Ag/AgCl (gelijk aan 0,14 V vs. NHE), wat lager is dan de standaard redoxpotentieel van Co³⁺/Co²⁺. Als resultaat kan het geoxideerde Co(III) gereduceerd worden tot Co(II) en deze katalytische actieve plaatsen van Co(II) worden opnieuw geregenereerd. Daarom kan worden geconcludeerd dat de katalytische cyclus van Co(II) soorten plaatsvindt tijdens electrochemische detectie van H₂O₂ en de gereduceerde Co soorten met lage valentie worden geoxideerd door H₂O₂ na herhaalde metingen.

Selectiviteit, Stabiliteit, Reproduceerbaarheid en Herhaalbaarheid van Co₂P/ITO Elektrode

Anti-interferentie prestatie is een andere belangrijke eigenschap van biosensor. Hoog zuurstofvrij stikstof werd gebruikt om de invloed van opgeloste zuurstof in oplossing te vermijden omdat zuurstof gereduceerd kon worden bij vergelijkbaar potentieel wat toegepast werd in amperometrische test. Door de CV curves van Co₂P/ITO in 0,1 M PBS met of zonder stikstof doorblazen te vergelijken, zijn de reductiepotentieel en de stroomreactie van 2,5 mM H₂O₂ vergelijkbaar, zoals getoond in Fig. S8, wat dus suggereert dat de interferentie van opgeloste zuurstof verwaarloosd kan worden. Selectiviteit van Co₂P/ITO werd ook getest met veelvoorkomende stoffen en andere kleine moleculen in lichaamsvocht, zoals sommige anorganische zouten, suikers, aminozuren en reductieve biomoleculen. Zoals getoond in Fig. 4a, kan de stroomreactie na toevoeging van de bovengenoemde interferenten verwaarloosd worden vergeleken met de reactie van 1,0 mM H₂O₂. Aangezien beide twee O atomen van H₂O₂ gebonden kunnen worden met één of twee Co atomen, zou het H₂O₂ molecuul specifiek chemisch adsorberen op Co(II) soorten in Co₂P. Daarnaast kan de interferentie van willekeurige oxidatie van sommige reductieve verbindingen in echte biologische monsters bij hoge potentieel ook significant worden gereduceerd bij lagere bias potentieel. Daarom is de gunstige selectiviteit van Co₂P richting H₂O₂ voornamelijk te danken aan de Co(II) soorten als specifieke adsorptieplaatsen en het toegepaste negatieve bias potentieel tijdens het sensing proces.

Bovendien werden de stabiliteit, reproduceerbaarheid en herhaalbaarheid van de Co₂P/ITO transducer ook geëvalueerd. De reductiepiekstromen van tien opeenvolgende scannende CV curves in 50 μM H₂O₂ wordt getoond in Fig. 4b. Na tien cycli, daalde de piekstroom van de elektrode slechts met 2,7%. Daarnaast bleef de sensor ongeveer 98,2% van zijn initiële stroomreactie behouden na een maand opgeslagen in lucht (Fig. S9), wat ideale detectiestabiliteit en uitstekende lange-termijn duurzaamheid demonstreert. De elektrode-tot-elektrode reproduceerbaarheid wordt onderzocht door de relatieve standaardafwijking (RSD) van H₂O₂ stroomreacties te berekenen. Om de potentiële fout van elektrode fabricatie zoveel mogelijk te elimineren, wordt de toestandsstroomdensiteit in de aanwezigheid van H₂O₂ afgetrokken door de initiële achtergrondse signaal van individuele elektrode en de verkregen verschilwaarde wordt beschouwd als de electrochemische reactie van elke elektrode. Zes Co₂P/ITO elektrodes werden geproduceerd onder dezelfde voorwaarden voor gecontroleerde experimenten en de RSD van stroomreacties was 1,24%, zoals getoond in Fig. 4c, wat de relatief uitstekende reproduceerbaarheid van CoP/ITO aangeeft. Tegelijkertijd werd herhaalbaarheid gemeten in één elektrode door 1,0 mM HO acht keer te detecteren, en een RSD van 1,14% werd bereikt (Fig. 4d). De bovenstaande resultaten illustreren de bevredigende stabiliteit, reproduceerbaarheid en herhaalbaarheid van de elektrode voor niet-enzymatische electrochemische detectie van HO.

Conclusie

Samenvattend, Co₂P NPs zijn met succes gesynthetiseerd door hydrothermale methode. Verder zijn de Co₂P NPs bereid bij 200 °C gedurende 12 uur bewijzen als een efficiënte katalysator richting electrochemische reductie van HO in pH 7,4 PBS. Als een niet-enzymatische HO sensor, vertoonde de CoP/ITO elektrode een snelle amperometrische reactie van minder dan 5 s, een breder responsbereik van 0,001 tot 10,0 mM en een lage detectielimiet van 0,65 μM, alsook bevredigende selectiviteit, reproduceerbaarheid en stabiliteit. Dit werk heeft tot doel het onderzoek over de toepassing van overgangmetaalfosfide in electrochemische detectie van kleine biomoleculen te verbreden en onze CoP/ITO sensor kan worden ontworpen als een nieuw niet-enzymatisch platform voor HO detectie.