基于碳化钛/贵金属纳米复合材料构建电化学传感界面的研究

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二维(2D)过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物(MXenes)因具有较好的导电能力、较大的比表面积和表面易于调节的性质而在传感、能源等诸多领域备受关注。作为目前研究最为成熟的MXenes之一的碳化钛(Ti3C2TX)继承了MXenes的优点,Ti3C2TX已成为2D材料研究的热点。贵金属纳米颗粒(NPs)由于其特殊的物理、化学性质而在电化学传感器(ECS)领域中具有巨大的应用潜能。Ti3C2TX与NPs的复合物,不仅增大了材料的比表面积,而且NPs能够防止Ti3C2TX片层的堆叠,使复合材料具有更快的传质速率和电子传导能力。基于电化学的检测方法,在本文中制备了NPs/Ti3C2TX纳米复合材料用于构建电化学传感界面,并研究了其在检测亚硝酸盐和凝血酶中的应用。(1)基于Au NPs/Ti3C2TX纳米复合材料构建了一种新型的电化学传感界面并应用于亚硝酸盐的检测。在剥离Ti3C2TX前驱体的过程中,氢氟酸(HF)能使Ti3C2TX表面功能化而具有氟、羟基和氧封端的官能团,提供了大量的活性位点,这使得金纳米颗粒(Au NPs)均匀负载在表面功能化的Ti3C2TX片层上,能够防止Ti3C2TX的2D片层结构在使用过程中发生堆叠而影响电子传导过程。实验结果表明,基于Au NPs/Ti3C2TX传感界面构建的ECS在检测亚硝酸根离子时具有较宽的线性范围(1.0μM至4581.1μM)和超低的检出限0.14μM。该ECS灵敏度高,并具有较强的抗干扰能力。(2)采用一步水热法合成了Ag NPs/TiO2 NR/Ti3C2TX三维(3D)纳米复合材料,并应用于构建无标记的凝血酶ECS。该复合材料的3D结构提供了大的活性比表面积,有利于银纳米颗粒(Ag NPs)的负载。在水热条件下,2D片层材料Ti3C2TX上的Ti原子被氧化形成二氧化钛纳米棒(TiO2 NR),生长在片层上的TiO2 NR能够防止片层的堆叠并增大层与层间的间隙,有利于提高传质速率。同时Ag NPs可以通过Ag-S键与凝血酶适体连接来构建灵敏的无标记电化学传感界面用于检测凝血酶。所构建的ECS具有良好的电化学性能,线性范围宽(5 fM-500 nM)、检测限较低(2 fM,S/N=3)。实验结果表明,该Ag NPs/TiO2 NR/Ti3C2TX纳米复合材料构建的ECS,可以实现凝血酶的快速灵敏检测。
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