Koper nanodeeltjes op poroeze koolstof substraten leveren hoge-prestatie glucosesensoren

Samenvatting

Een accurate sensor om de glucosesnelheid snel te bepalen is van grote betekenis voor de menselijke gezondheid, aangezien diabetes wereldwijd een zeer hoge incidentie heeft. In dit werk werden koper nanodeeltjes geaccommodeerd in poroeze koolstof substraten (Cu NP@PC), gesynthetiseerd door het calcineren van filterpapieren geïmpregneerd met koperionen bij hoge temperatuur, ontworpen als de elektroden actieve materialen voor electrochemische sensing van glucose. Tijdens de vorming van poroeze koolstof, accommodeerden de koper nanodeeltjes zich spontaan in de gevormde gaten en vormden de half-bedekte composieten. Voor de electrochemische glucose oxidatie tonen de bereide Cu NP@PC composieten een veel superieure katalytische activiteit met een stroomdichtheid van 0,31 mA/cm² bij de potentiaal van 0,55 V in de aanwezigheid van 0,2 mM glucose. Gebaseerd op de hoge electrochemische oxidatie activiteit, tonen de huidige Cu NP@PC composieten ook een superieure glucose sensing prestatie. De gevoeligheid wordt bepaald op 84,5 μA/(mmol·L) met een lineair bereik van 0,01 ~ 1,1 mM en een lage detectielimiet (LOD) van 2,1 μmol/L. In vergelijking met die van niet-poroeze koolstof ondersteunde koper nanodeeltjes (Cu NP/C), kan dit verklaard worden door de verbeterde massaoverdracht en versterkte synergistische effect tussen koper nanodeeltjes en poroeze koolstof substraten.

Inleiding

In de afgelopen jaren heeft diabetes wereldwijd grote aandacht gekregen, wat de snelle en accurate bepaling van de glucosesnelheid bevordert. Verschillende technieken zijn ontwikkeld. Met de voordelen van eenvoudige bediening, snelle reactie en hoge gevoeligheid, zijn electrochemische methoden van bijzonder belang in glucose sensing, en de elektrode actieve materialen zijn van cruciaal belang voor de sensoren. Tot nu toe omvatten de gerapporteerde materialen met goede glucose reactiviteit edele metalen (goud, zilver, platina, palladium), niet-edel metalen (koper, nikkel), metaaloxiden (zinkoxide, mangaanoxide, nikkeloxide, ijzeroxide), en koolstof materialen (koolstofnanobuizen, koolstofnanodots, mesoporeuze koolstof), etc. Onder deze materialen tonen koper-gebaseerde composieten groot potentieel voor het construeren van een efficiënt sensing platform voor glucose, als resultaat van de lage kosten, goede elektrische geleiding, gecontroleerd specifiek oppervlaktegebied. Tegelijkertijd wordt gerapporteerd dat de electrochemische prestaties van koper-gebaseerde materialen aanzienlijk verbeterd zullen worden door composieten te vormen met koolstofachtige substraten zoals grafeen, koolstofnanovezel, koolstofnanobuizen en mesoporeuze koolstoffen. Bijvoorbeeld, Zhang et al. bereidden koper nanodeeltjes op laser-geïnduceerde grafeen composieten en ontwikkelden met succes een flexibel enzyme-vrij glucose amperometrisch biosensor. Door de eenvoud en hoge gevoeligheid, werd de sensor verwacht te worden gebruikt in draagbare of implanteerbare biosensoren. Met behulp van de boogontladingsmethode, werden de composietmaterialen van CuO en enkelwandige koolstofnanobuizen gesynthetiseerd door Wang's groep. Het hoog geleidende netwerk gefaciliteerd door koolstofnanobuizen leidde tot hoge gevoeligheid en goede selectiviteit in glucose sensing. Vanwege de goede geleiding van koper nanodraden en snelle elektronenoverdracht in tweedimensionale gereduceerde grafeenoxide (rGO) lagen, synthetiseerde Ju et al. een composiet van eendimensionale koper nanodraden en tweedimensionale rGO nanovellen, met een gevoeligheid van 1625 μA/(mM·cm²) en een detectielimiet van 0,2 μM voor de detectie van glucose. De veel prestatieverbetering van koper-gebaseerde materialen is bereikt, echter, het is nog steeds niet genoeg voor de echte toepassingen van draagbare apparaten. Dit betekent dat het noodzakelijk is om nieuwe sjablonen of matches voor koper nanodeeltjes te zoeken.

Met de speciale driedimensionale framework structuur, bezitten poroeze koolstoffen niet alleen veelvuldige bindingsplaatsen om de dispersie van metaal actieve centra te bevorderen, maar bieden ook een groter specifiek oppervlaktegebied dat de toegankelijkheid van elektronen en reactieve stoffen verbetert. In de afgelopen jaren zijn poroeze koolstoffen erkend als een type veelbelovende modificatie en substraat materialen, die de electrochemische sensing activiteit van metaal materialen aanzienlijk kunnen verbeteren. Bijvoorbeeld, Li et al. onderzochten de composieten van Co₇Fe₃ legering nanodeeltjes ingebed in poroeze koolstof nanosheets (Co₇Fe₃/NPCSs). De resultaten toonden een veel wijd lineair bereik voor de detectie van glucose (van 0,001 tot 14,00 mM), door het nanoconfined effect van de poroeze koolstof. Met behulp van metal-organische frameworks (MOFs) als zelf-offerschijnde sjablonen om poroeze koolstof materialen te bereiden, presenteerden de nikkel nanodeeltjes ingebed op nanoporose koolstof nanoroden bereid door Jia et al. goede glucose sensing eigenschappen met snelle reactietijden (binnen 1,6 s). Song et al. construeren een composiet (Cu@C-500) bestaande uit koper nanodeeltje uniform ingebed poroeze koolstof bed door gebruik te maken van Cu MOF als rauw materiaal. Vanwege de hiërarchische porositeit, toonde het hoge gevoeligheid en lage detectielimiet, en presenteerde groot potentieel in glucose sensor apparaten. Daarom, met de unieke structurele en elektronische effecten, wordt poroeze koolstof materiaal verwacht een uitstekende partner te zijn voor het verder verbeteren van de electrochemische prestaties van koper nanomaterialen in glucose sensing.

Hierin, in dit werk, werden de composieten van koper nanodeeltjes geaccommodeerd in poroeze koolstof substraten ontworpen en gesynthetiseerd door het calcineren van goedkope filterpapieren geïmpregneerd met koperionen bij hoge temperatuur. Tijdens het syntheseproces vonden de vorming van poroeze koolstof en de accommodatie van koper nanodeeltjes gelijktijdig plaats, wat kan worden gedemonstreerd door scanning elektronenmicroscopie en transmissie elektronenmicroscopie. Voor de electrochemische metingen, tonen de resultaten aan dat de bereide monsters (Cu NP@PC) hoge electrokatalytische activiteit vertonen voor glucose oxidatie met een stroomdichtheid van 0,31 mA/cm² bij de potentiaal van 0,55 V in de aanwezigheid van 0,2 mM glucose, wat veel beter is dan die van de Cu NP/C. Voor de glucose sensing, wordt de gevoeligheid bepaald op 84,5 μA (mmol/L)⁻¹ en de detectielimiet berekend op 2,1 μmol/L, veel superieur aan die van de meeste eerdere rapporten. Verder werd de goede selectiviteit van de huidige materialen ook gedemonstreerd door het anti-interferentie experiment.

Experimenteel

Reagentia

Koper nitraat (Cu(NO₃)₂·3H₂O, AR), ethanol (C₂H₅OH, 99,8%), glucose (C₆H₁₂O₆, 96%), ureum (CH₄N₂O, AR, 99%), citroenzuur (C₆H₈O₇, AR, 99,5%), ammoniumacetaat (CH₃COONH₄, AR), natriumchloride (NaCl, AR, 99,5%), kaliumhydroxide (KOH, AR, 85%). Alle bovengenoemde reagentia werden gekocht van Aladdin. De 5% D520 Nafion oplossing verkregen van DuPont, en het filterpapier werd gekocht van Hangzhou Fuyang BEIMU Pulp Co., Ltd. Koolstofpapier van Japan's Toray geleidend koolstofpapier (TGP-060). Het water gebruikt in het gehele experiment is ultrazuiver met een geleidbaarheid van 18,25 MΩ·cm.

Instrumenten

Röntgen diffractie (XRD) spectras werden verkregen van instrument X'Pert PRO MPD multi-doel poeder Röntgen diffractometer. Fourier transform infrarood spectras (FT-IR) in het bereik van 1000–4000 cm⁻¹ werden opgenomen van de IS50 FT-IR spectrometer. Raman spectras werden gemeten in het inVia Qontor (Renishaw, VK) systeem bij een golflengte van 532 nm. Röntgen foto-elektron spectroscopie (XPS) metingen werden uitgevoerd op een Thermo ESCALAB 250XI spectrometer draaiend op 120 W. De morfologie van het monster werd gekarakteriseerd door Hitachi S4800 scanning elektronenmicroscopie (SEM) met een werksversnellingsvoltage van 20 kV. De transmissie elektronenmicroscopie (TEM) beelden werden verzameld van de Tecnai G2 F20. De Brunauer-Emmett-Teller (BET) metingen werden uitgevoerd op de specifieke oppervlakte fysische adsorptie apparatuur (ASAP2020M).

Synthese van Cu NP@PC en Cu NP/C

Typisch werd de synthese van Cu NP@PC voltooid door twee-staps hoge temperatuur pyrolyse. Eerst werden de commerciële filterpapieren toegestaan om voor te behandelen bij 250 °C gedurende 1 uur in een buisoven onder stikstofatmosfeer. Vervolgens werd een stuk behandeld lichtgeel filterpapier met de afmeting van 10 mm × 50 mm geweigd in blauwe transparante koper nitraat oplossing met een concentratie van 0,1 M, en na 10 minuten verwijderd. Na droging bij kamertemperatuur, werd het filterpapier in een schone porseleinen schuit geplaatst en achtereenvolgens behandeld bij 180 °C, 240 °C, 900 °C gedurende 2 uur, 2 uur, en 1 uur in een buisoven onder stikstofbescherming, respectievelijk. Uiteindelijk werd het Cu NP@PC product verzameld toen het systeem afgekoeld was tot kamertemperatuur, en gemalen voor electrochemische tests. Voor de controle monsters, werd de synthese van Cu NP/C en zuivere koolstof uitgevoerd door dezelfde procedure, behalve dat de concentratie van koper nitraat 0,2 M en 0 M was, respectievelijk.

Electrochemische Metingen

In dit werk werden alle electrochemische tests uitgevoerd op CHI 760E electrochemische werkstation met een standaard drie-elektrode systeem bij kamertemperatuur. Voor het experiment, werden verschillende stukken koolstofpapieren (5 mm × 5 mm) als stroomverzamelaars gewassen met water, ethanol en overnachtdroogd bij 60 °C. Voor de bereiding van katalysator inkt, werd 10 mg monster (Cu NP@PC, Cu NP/C of zuivere koolstof poeders) gemengd met ethanol, water, en Nafion (5%) oplossing in een bepaalde verhouding van 10:10:1 om een uniforme dispersie te vormen. Vervolgens werd 40 μL katalysator inkt op een schone koolstofpapier met een lading van 1,6 mg/cm² gedrupt, wat gebruikt werd als een werkelektrode. Een Ag/ACl (verzadigd KCl) elektrode en een grafit staaf werden gebruikt als referentie elektrode en tegenelektrode, respectievelijk. Voor de electrochemische experimenten, werden cyclische voltammetrie en lineaire sweep voltammetrie geadopteerd om de potentiële prestaties van het bereide materiaal voor glucose oxidatie kwalitatief te onderzoeken. De chronoamperometrie werd gebruikt om de sensing prestaties van het bereide materiaal kwantitatief te evalueren. In het hele proces werd 0,1 M KOH oplossing geselecteerd als het elektrolyt.

Resultaten en Discussie

Zoals getoond in Fig. 1a, voor de synthese van doelmaterialen, werd de voorverwarmingsbehandeling toegestaan om de onstabiele onzuiverheden en vocht uit het filterpapier te verwijderen met de kleur veranderend naar lichtgeel. Vervolgens, om de metaal nanodeeltjes te ondersteunen, werden de behandelde filterpapieren geïnfiltreerd in de koperionen oplossing. Tijdens het hoge temperatuur calcinatieproces in een buisoven, werden de koper atomen en kleine kristallieten gevormd. Omdat de nucleatie en groeisnelheid van koper nanodeeltjes minder is dan de pyrolysesnelheid van koolstof, kunnen deze initiële koper microkristallen de decompositie en verdamping van koolstof katalyseren, leidend tot de vorming van gaten. Uiteindelijk werden de bruin-zwarte Cu NP@PC monsters bereid. Let op dat de excessive concentratie van koperionen de nucleatiesnelheid zal verhogen, wat de vorming van niet-poroeze koolstof materialen veroorzaakt. Om de componenten van het bereide monster te identificeren, werden Röntgen diffractie (XRD) patronen verzameld, zoals getoond in Fig. 1b. Zowel Cu NP@PC als Cu NP/C monsters presenteren de diffractiepieken van koper en koolstof. De drie scherpe karakteristieke pieken gelegen bij diffractiehoeken van 43,2°, 50,3°, en 73,9° kunnen respectievelijk toegeschreven worden aan de rooster vlakken van (111), (200) en (220) van de koper nanodeeltjes (PDF#04-0836). De brede piek met het centrum rond 25° correspondeert met het (002) kristallijne vlak van de gegrafiteerde koolstof, wat de elektronenoverdracht in de daaropvolgende electrochemische reacties zal bevorderen. Om de specifieke samenstellingen van koolstof te analyseren, werden de Raman spectras van Cu NP@PC en Cu NP/C verzameld. Zoals getoond in Fig. 1c, kunnen de D-band en G-band onmiskenbaar bepaald worden door de piek rond 1350 cm⁻¹ en 1600 cm⁻¹, respectievelijk. Zoals gerapporteerd, wordt de G-band veroorzaakt door de relatieve beweging van sp² koolstof atomen, terwijl de D-band verbonden is met de ademhalingsmodus van koolstof ringen. Hierin was de berekende D/G band verhouding van Cu NP@PC 0,899, hetzelfde als de waarde van Cu NP/C. Daarom is de verdeling van amorfe koolstof en nanokristallijne grafeen vergelijkbaar in twee monsters. Dit wijst op de bijna dezelfde componenten van twee bereide materialen, nl., dat zowel Cu NP@PC als Cu NP/C bestaan uit koper nanodeeltjes en koolstof frameworks. Om de microstructuur informatie verder onthullen, werden de FTIR spectras van Cu NP@PC en Cu NP/C onderzocht. Zoals gepresenteerd in Fig. 1d, kan worden gezien dat de signalen gelegen bij 1734 cm⁻¹ en 1628 cm⁻¹ verschijnen in Cu NP@PC wat toegeschreven kan worden aan de rektrilling van C=O en de rektrilling van C–O. In vergelijking met de Cu NP/C, wordt de band bij 2363 cm⁻¹ van de Cu NP@PC toegeschreven aan koolstofdioxide in de lucht. Een lichte absorptieband werd waargenomen bij 3466 cm⁻¹ van de Cu NP@PC en Cu NP/C kon toegewezen worden aan O–H binding rektrilling in molecuul van water.

Om de morfologieën en structuren van de bereide materialen te observeren, werden de scanning elektronenmicroscopie (SEM) experimenten uitgevoerd. Voor het Cu NP@PC monster, toont de SEM afbeelding in Fig. 2a dat veelvuldige gaten willekeurig verdeeld zijn op het oppervlak van de koolstoflaag, en de koper nanodeeltjes verblijven net in deze gaten. Figuur 2b presenteert dat bijna alle koper nanodeeltjes half binnen en half buiten zijn. Zoals gerapporteerd, betreft de electrochemische reactie meestal elektronen- en massa-overdracht. Dus, de half binnen zal gunstig zijn voor elektronenoverdracht met het koolstof substraat, terwijl half buiten kan fungeren als actieve plaatsen, interagerend met stoffen. Dit zal uiteindelijk de efficiëntie van electrochemische reacties verbeteren. In Fig. 2c, werd geen poroeze koolstof gevonden en alle koper nanodeeltjes worden ondersteund op het oppervlak van koolstof in het Cu NP/C monster. Sommige agglomeraties vonden zelfs plaats in Fig. 2d. Bovendien kan uit de TEM afbeelding in Fig. 2z gezien worden dat de vergrote koper nanodeeltjes een grootte hebben vergelijkbaar met deze gaten en deels ingekapseld in hen, weer aangevend dat de succesvolle vorming van de doelcomposieten. Om de poroeze eigenschappen van bereide materialen verder onthullen, werden de stikstof adsorptie isothermen van Cu NP@PC en Cu NP/C bestudeerd. Zoals getoond in Fig. 2f, was de berekende BET oppervlakte van de Cu NP@PC nanomaterialen 309,95 m²/g, veel hoger dan die van Cu NP/C. Dit is consistent met de resultaten van de SEM en TEM.

Om de elektronische structuur van de monsters te onderzoeken, werd Röntgen foto-elektron spectroscopie (XPS) uitgevoerd. Figuur 3a en b tonen de volledige XPS overzichtsspectras van Cu NP@PC en Cu NP/C, respectievelijk, die het bestaan van Cu, C en O tonen. Voor het Cu element, presenteert Fig. 3c de gedeconvolueerde Cu 2p XPS spectras van de Cu NP@PC en Cu NP/C. Beide signalen werden geproduceerd op dezelfde piekposities, wat auf de dezelfde samenstelling van twee monsters wijst. Twee duidelijke pieken bij 952,5 eV en 932,8 eV worden toegeschreven aan de Cu 2p_3/2 en Cu 2p_1/2 van Cu (0), wat de aanwezigheid van metaal koper suggereert. De bindingsenergieën bij 953,7 eV en bij 934,8 eV worden toegewezen aan de Cu 2p_3/2 en Cu 2p_1/2 van de Cu(II). De aanwezigheid van Cu(II) kan ook bevestigd worden door zwakke satelietpiekken bij 944,2 eV en 941,4 eV. Van de passende pieken corresponderend met Cu(0) en Cu(II), worden de verhoudingen van Cu(0)/Cu(II) in Cu NP@PC en Cu NP/C geschat op 2,2 en 1,8, respectievelijk. Dit kan worden verklaard door het feit dat de oppervlakte koperatomen in Cu NP@PC niet gemakkelijk geoxideerd worden door de encapsulatie van poroeze koolstoflaag. Tegelijkertijd kunnen meer metaal koperatomen een belangrijke rol spelen voor de glucose sensing. Voor het C1s spectrum van de twee monsters in Fig. 3d, corresponderen drie signalen gelegen bij 289 eV, 286 eV en 284,8 eV met de C=O, C–O, C–C/C–H, respectievelijk, wat het bestaan van zuurstof-bevattende functionele groepen zoals carboxylgroep aangeeft en consistent is met de resultaten van FTIR.

Gebaseerd op de voordelen van poroeze koolstof, werden de electrochemische sensing eigenschappen van Cu NP@PC en Cu NP/C naar glucose onderzocht in 0,1 M KOH oplossing. Het zuivere koolstofmateriaal zonder koper nanodeeltjes wordt gebruikt als het referentie monster. Zoals getoond in Fig. 4a, tonen de cyclische voltammetrische curves (CV) de grootste stroomrespons van Cu NP@PC met de aanwezigheid van 0,2 mM glucose in elektrolyt, in vergelijking met die van Cu NP/C en zuiver koolstof monster. Specifiek werd een stroomdichtheid van 0,31 mA/cm² verkregen bij de potentiaal van 0,55 V. Dit wijst erop dat de bereide Cu NP@PC de beste katalysator is voor glucose oxidatie, wat verklaard kan worden door het bezitten van poroeze structuur. Zoals gerapporteerd, kan de porositeit de massa-overdracht bevorderen. Hierin, om de verbeterde massa-overdracht te demonstreren, werd het effect van scanningsnelheden op de glucose oxidatie onderzocht op Cu NP@PC gemodificeerde elektrode. Zoals getoond in Fig. 4b, neemt de stroomdichtheid toe in een gradient met de scanningsnelheid veranderend van 20, 40, 60 tot 80 mV/s. Figuur 4c toont de fittingcurve tussen de stroomdichtheid (J_p) en de vierkantswortel van scanningsnelheid (v^1/2). De lineaire relatie kan worden uitgedrukt als: J_p = 0,00254 v^1/2 − 0,00359 (correlatiecoëfficiënt: R² = 0,995), wat een diffusie-gecontroleerd proces van de glucose oxidatie op de Cu NP@PC gemodificeerde elektrode aangeeft. Verder, in Fig. 4d, presenteren de electrochemische impedantie spectras (EIS) dat de lading-overdrachtsweerstand van Cu NP@PC lager is dan die van Cu NP/C. Daarom, combineren de bevorderde massa-overdracht en het verbeterde elektronen-overdrachtsproces, kan de katalytische oxidatie van glucose op de Cu NP@PC gemodificeerde elektrode worden geschetst in Fig. 4e. De Cu(II) werd eerst geoxideerd tot Cu(III), die vervolgens een elektron accepteerde en gereduceerd werd tot Cu(II). Tijdens dit proces, doneerde het glucosemolecuul een elektron en werd geoxideerd tot gluconolacton. Door de porositeit van de materialen, kan het gevormde gluconolacton snel in de oplossing overgebracht worden en vervolgens gehydrolyseerd tot gluconzuur.

Volgens de superieure electrochemische katalytische oxidatie prestaties, werd de potentiële sensing prestaties van Cu NP@PC naar glucose onderzocht. Om de stroomrespons van Cu NP@PC naar glucose concentratie kwalitatief te bestuderen, werd cyclische voltammetrie uitgevoerd in de concentraties van 2, 4, 6, 8 en 10 mM. Zoals getoond in Fig. 5a, neemt de stroomdichtheid van de Cu NP@PC-gemodificeerde elektrode geleidelijk toe met de toename van de glucoseconcentratie, wat duidt op potentiële uitstekende sensing prestaties. Voor kwantitatief onthullen van de glucose sensing eigenschappen van Cu NP@PC, werd de chronoamperometrie (I-t) uitgevoerd en de potentiaal van 0,55 V gekozen. Zoals getoond in Fig. 5b, neemt de stroomdichtheid van de Cu NP@PC-gemodificeerde elektrode stap voor stap toe met de glucoseconcentratie stijgend van 0,01 tot 1,1 mM. Van de I–t curves, in Fig. 5d, kan de gefitte calibratiecurve tussen glucoseconcentraties en responsestromen worden uitgedrukt als: y = 0,3378 x + 0,0077 (correlatiecoëfficiënt: R² = 0,997). Tegelijkertijd werd de gevoeligheid bepaald op 84,5 μA (mmol/L)⁻¹. Volgens de formule van LOD = 3σ/q (σ verwijst naar de standaarddeviatie van de blanco respons en q is de helling van die lineaire regressiecurve), werd de detectielimiet berekend op 2,1 μmol/L. Deze twee indexen zijn veel beter dan die van de meeste eerdere rapporten, zoals getoond in Fig. 6b. Als vergelijking, toont de stroomdichtheid van I-t curve van Cu NP/C-gemodificeerde elektrode ook een gradient verandering met de toename van de glucoseconcentratie, zoals getoond in Fig. 5c. Echter, de grootte van verandering was significant verminderd. Zoals getoond in Fig. 5d, werd de passende lineaire curve tussen glucoseconcentraties en responsestroom voorgesteld als: y = 0,007 x + 0,0017 (correlatiecoëfficiënt R² = 0,998). De gevoeligheid was 1,75 μA (mmol/L)⁻¹ en de detectielimiet werd geschat op 10 μmol/L. Daarom, in vergelijking met de resultaten van Cu NP/C, werd de sensing prestaties van Cu NP@PC monster ook verbeterd door het poroeze koolstof substraat.

Zoals bekend, is anti-interferentie vermogen een andere sleutelfactor om de materialen sensing prestaties te evalueren. In dit werk, om de selectiviteit van Cu NP@PC-gemodificeerde elektrode naar glucose te onderzoeken, werden verschillende interfererende stoffen waaronder ammoniumacetaat (NH₄OAc), natriumchloride (NaCl), ureum (UA), citroenzuur (CA) met de concentratie van 0,01 mM gekozen en achtereenvolgens geïnjiceerd in het elektrolyt. Duidelijk is de stroomdichtheidsveranderingen veroorzaakt door de interfererende stoffen verwaarloosbaar. Alleen wanneer 0,01 mM glucose geïnjiceerd werd, nam de stroomdichtheid significant toe ongeacht de bovenstaande interferenties, zoals getoond in Fig. 6a. Bovendien, met behulp van urine als substraat, kan dit voorgestelde systeem nog steeds de gevoeligheidsdetectie van glucose bereiken, vergelijkbaar met het commerciële testpapier (Bijlage 1: Figuur S3 en S4). Daarom bezitten de Cu NP@PC materialen een uitstekende electrochemische katalytische oxidatie en sensing vermogen naar glucose.

Conclusie

Een composiet bestaande uit koper nanodeeltjes en poroeze koolstof substraten werd ontworpen en gesynthetiseerd door het calcineren van commerciële filterpapieren geïmpregneerd met de koperionen. Met de voordelen van de porositeit, toonde de bereide Cu NP@PC een uitstekende capaciteit voor de electrochemische glucose oxidatie en sensing. De gevoeligheid werd bepaald op 84,5 μA mM⁻¹ en de detectielimiet berekend op 2,1 μM, wat veel superieur is aan die van de meeste eerdere rapporten. Verder toonde de Cu NP@PC-gemodificeerde elektrode ook goede selectiviteit voor glucose. Daarom zal het composiet bereid in dit werk niet alleen een nieuwe kandidaat bieden voor het construeren van draagbare glucosesensoren, maar ook een nieuwe gedachte voor de bereiding van poroeze koolstof materialen.

Beschikbaarheid van data en materialen

De data en conclusies in dit werk zijn allemaal getoond in dit artikel.

Afkortingen

LOD:

Detectielimiet

rGO:

Gereduceerde grafeenoxide

MOF:

Metaal-organisch framework

XRD:

Röntgen diffractie

SEM:

Scanning elektronenmicroscopie

TEM:

Transmissie elektronenmicroscopie

BET:

Brunauer-Emmett-Teller

XPS:

Röntgen foto-elektron spectroscopie

CV:

Cyclische voltammetrische curves

I-t:

Chronoamperometrie

UA:

Ureum

CA:

Citroenzuur