​哈尔滨工业大学--在二茂铁功能化的超薄层状Ti3C2Tx MXene框架上原位生长钴普鲁士蓝纳米球用于黄嘌呤的高效检测

通过在二茂铁修饰的Ti₃C₂T_x MXene (Fc-Ti₃C₂T_x)上原位生长cofe -普鲁士蓝类似物(CoFe-PBA)，提出了一种新颖的黄嘌呤捕获电化学传感器，命名为CoFe-PBA/Fc-Ti₃C₂T_x。在该传感器中，引入了独特的薄层结构Ti₃C₂T_x MXene作为层间间隔，以容纳二茂铁和CoFe-PBA，防止了MXene和CoFe-PBA的重新堆积，同时获得了更高的电导率。扫描电镜和透射电镜观察到CoFe-PBA/Fc-Ti₃C₂T_x具有丰富的杂原子功能化多层结构，因此具有更快的电子传递速率和更大的电化学活性表面积。此外，该传感器使用差分脉冲伏安计(DPV)进行了研究，实现了超电化学传感性能的黄嘌呤检测，具有相当宽的线性范围(3×10- 8到1.007×10-3 M)，显著的低检测限(0.002 μM)和优越的稳定性。实际样品分析的回收率在可接受范围内，证明了该电化学传感器在实际应用中的可行性。

         

          图1. 该流程图描绘了CoFe-PBA/Fc-Ti₃C₂T_x的构建过程。

          图2. (a)-(c) Ti₃C₂T_x MXene、CoFe-PBA和CoFe-PBA/Fc-Ti₃C₂T_x的SEM。(d)-(h) C、Ti、Co、Fe的映射图像和CoFe-PBA/Fc-Ti₃C₂T_x的EDS。CoFe-PBA/Fc-Ti₃C₂T_x的(j)-(l) TEM/HRTEM图像。

        图3. (a) Fc, Ti₃C₂T_x MXene, Fc-Ti₃C₂T_x MXene, CoFe-PBA和CoFe-PBA/Fc-Ti₃C₂T_x的UV (b)和FT-IR光谱。

        图4. (a) Ti₃C₂T_x MXene、Fc-Ti₃C₂T_x MXene、CoFe-PBA和CoFe-PBA/Fc-Ti3C2Tx的XRD图和(b) XPS测量谱。(c)-(h) CoFe-PBA/Fc-Ti₃C₂T_x中Ti 2p、c1s、O 1s、F 1s、Fe 2p和Co 2p的XPS光谱。

          图5. (a)裸电极、CoFe-PBA、Ti₃C₂T_x MXene、Fc-Ti₃C₂T_x MXene和CoFe-PBA/Fc-Ti₃C₂T_x在pH = 6.0 PBS (0.1 M)条件下的DPV曲线。(b) CoFe-PBA/Fc-Ti₃C₂T_x在pH = 6.0 PBS (0.1 M)条件下的DPV曲线，黄嘌呤的浓度范围为100 ~ 600 μM。(c)响应电流与黄嘌呤浓度在100 ~ 600 μM范围内呈线性关系。

      图6. (a)含500 μM黄嘌呤的CoFe-PBA/Fc-Ti₃C₂T_x纳米复合物与PBS在不同pH (4.0 ~ 10.0, 0.1 M)下的DPVs。(b)在CoFe-PBA/Fc-Ti₃C₂T_x发现黄嘌呤过程中，外加电压和电流对缓冲液pH的影响。

          图7. (a) CoFe-PBA/Fc-Ti₃C₂T_x ' CV曲线在KCl (0.1 M)和[Fe(CN)6]3−/4−(5 mM)溶液中，扫描速率在20 mV/s和110 mV/s之间。(b)峰值电流与扫描速率的平方根(v1/2)线性回归。(c) CoFe-PBA、Ti₃C₂T_x MXene、Fe-Ti₃C₂Tx MXene和CoFe-PBA/Fc-Ti₃C₂T_x在KCl和[Fe(CN)6]3−/4−溶液(0.1 M)中100 mV/s的CV曲线。(d) CoFe-PBA、Ti₃C₂T_x MXene、Fc-Ti₃C₂T_x MXene和CoFe-PBA/Fc-Ti₃C₂T_x的EIS曲线。

图8.黄嘌呤反应可能的电化学响应。

          

          图9.在PBS (pH = 6.0, 0.1 M)中，在10 ~ 60 mV/s的不同扫描速率下，CoFe-PBA/Fc-Ti₃C₂T_x对60 μM黄嘌呤的CV曲线。

          图10CoFe-PHA/Fc-Ti₃C₂T_x在pH = 6.0 PBS (0.1 M)下含有(a) 50 μM黄嘌呤和(b)不同浓度黄嘌呤的DPV曲线。

      

          图11(a) CoFe-PBA/Fc-Ti₃C₂T_x传感器对500 μM黄嘌呤的重复性曲线重复5次。(b) 5个等效CoFe-PBA/Fc-Ti₃C₂T_x传感器对500 μM黄嘌呤的重复性测量曲线。(c)在pH为6.0的PBS溶液中持续扫描12 h后，含有500 μM黄嘌呤的CoFe-PBA/Fc-Ti₃C₂T_x的i-t曲线。

 图12(a) CoFe-PBA/Fc-Ti₃C₂T_x纳米复合物在含有不同浓度黄嘌呤的0.1 M PBS (pH = 6.0)中的DPV曲线。(b)响应电流对不同浓度黄嘌呤的校准图。

相关科研成果由哈尔滨工业大学材料科学与化学工程学院Huiyuan Ma等于2023年发表在Chemical Engineering Journal（https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.143866）上。原文：In situ growth of CoFe-Prussian blue analog nanospheres on ferrocene-func‐tionalized ultrathin layered Ti3C2Tx MXene frameworks for efficient detection of xanthine。