非酶葡萄糖传感器电极材料构建策略

电化学传感器因具有灵敏度高、检测限低等优点而得到广泛应用,将非酶电化学传感器应用于葡萄糖浓度的检测具备重要的研究价值。以金属有机骨架、碳材料和导电聚合物为基底与金属及其衍生物复合,构建的纳米复合材料修饰电极对于葡萄糖的检测具有极高的灵敏度、较低的检测限和快速响应的能力,可应用于实际样品的检测。本文综述了近年来非酶葡萄糖电化学传感器的研究进展,通过对纳米复合材料的性能比较,为非酶葡萄糖传感器的构建提供思路。     

葡萄糖生物传感器检测方法的研究进展

葡萄糖生物传感器以其灵敏度高、选择性好、反应速度快以及稳定性好等优点吸引了许多研究者的关注。 本文将已发表的一些葡萄糖检测方法分为两类：葡萄糖酶生物传感器检测方法与无酶葡萄糖生物传感器检测方法,简要介绍了这2种检测方法的一些研究进展,并对葡萄糖检测方法的发展前景进行了展望。     

镀铂金电极上电沉积碳纳米管-葡萄糖氧化酶-壳聚糖的新型生物传感器

通过电化学沉积将壳聚糖、葡萄糖氧化酶和碳纳米管固定到镀铂金电极上,制备了一种新型葡萄糖生物传感器.探讨了铂的电沉积时间、壳聚糖化学沉积时间、缓冲溶液pH和工作电位等对该牛物传感器的影响.实验结果表明,该生物传感器线性范围为1×10~(-6)1.2×10~(-2)mol/L,相关系数为0.9974,检测限为5.0×10~(-7)mol/L,响应时间≤8 s;血清中的尿酸、抗坏血酸等对葡萄糖的测定无干扰.利用该生物传感器测定了人血清中的葡萄糖,回收率在97%～105%之间.该生物传感器线性范围较宽,灵敏度高,响应迅速,抗干扰能力强,有望成为一种可推广的新型葡萄糖检测器.     

原位制备的纳米多孔金对葡萄糖的电催化氧化及检测

长期以来,研制具有高灵敏度及选择性的葡萄糖传感器一直受到医药及食品行业的关注~([1]).其中电化学方法由于仪器设备简单,易于操作等特点而显示出优势.葡萄糖氧化酶被广泛用于葡萄糖传感器的研制中,然而葡萄糖氧化酶自身存在一些局限性,如长期稳定性差,容易受到温度、pH及一些有毒物质的影响等~([2]).因此,很多研究者开始致力于发展非酶电化学葡萄糖传感器,试图通过选择适当的电极材料对葡萄糖的直接电氧化来检测葡萄糖.     

葡萄糖氧化酶在羟基磷灰石／Nation复合膜修饰电极上的直接电化学及其对葡萄糖的生物传感

将葡萄糖氧化酶固定于羟基磷灰石（HAp）-Nation复合膜,构建了高灵敏、高选择性的葡萄糖传感器．羟基磷灰石和Nation良好的协同作用,可以有效地提高传感器的稳定性与灵敏度．实验结果表明：固定在复合膜修饰电极上的葡萄糖氧化酶呈现出一对较好的近乎可逆的氧化还原峰,并且对葡萄糖的氧化有良好的催化作用,同时消耗溶解氧,从而导致溶解氧还原峰的降低．在-0.8V处,随葡萄糖浓度的增加,葡萄糖氧化酶催化葡萄糖氧化时消耗溶解氧的量增加,溶解氧还原电流逐渐降低,因此该修饰电极可以作为葡萄糖传感器实现对葡萄糖的高灵敏检测．在0．12～2．16mmol·L^-1浓度范围内,溶解氧还原电流的降低与葡萄糖的浓度成正比,据此可以测定出溶液中葡萄糖的浓度,该传感器的检出限和灵敏度分别为0．02mmol·L^-1（SIN=3）和6．75mA·mol·L^-1．因此,HAp-Nation复合膜为酶的固定和直接电化学研究提供了一个新的有效平台,在构建新型无试剂葡萄糖传感器方面具有较大的应用前景．     

基于新材料Mg/Ni/Fe水滑石的葡萄糖传感器的研究

葡萄糖浓度的测定在生物,医学,环境检测和食品工业等方面有着极其重要的意义,因此近年来已有许多方法被用于制各葡萄糖生物传感器.电化学生物传感器对葡萄糖的测定占据着主导作用,因为它有着灵敏度高,重现性好,操作简单等优点.到目前为止,已有多种材料用于葡萄糖氧化酶的固定,如粘土、无机、有机聚合物、凝胶以及生物材料等.近年来,用阴离子粘土修饰电极特别是水滑石也开始了深入的研究.     

碳纳米管纳米分子印迹聚合物传感器的制备及对血液中葡萄糖的测定

以葡萄糖为模板分子,通过电聚合邻苯二胺,在多壁碳纳米管修饰的GC电极表面制备了一种对葡萄糖具有选择性响应的分子印迹聚合薄膜传感器,优化了制备方法。通过循环伏安法(CV)和交流阻抗法对该分子印迹传感器对葡萄糖的响应性能进行了表征。在最优实验条件下,该印迹电极能在6.0~560.0μmol/L浓度范围内对葡萄糖进行检测,检出限为8.0×10~(-7) mol/L,并可在其他物质存在下选择性识别葡萄糖。此传感器可用于血液中葡萄糖的测定,加标回收率为98.5%~103.3%。     

基于表面重建螺旋型铂铱电极的葡萄糖生物传感器

通过对螺旋型铂铱电极表面进行化学腐蚀和电化学沉积铂纳米粒子实现电极表面的重建和优化,研究了螺旋型铂铱电极在不同腐蚀时间和电沉积时间下的形貌及对过氧化氢(H2O2)的催化活性.对表面重建的工作电极涂覆氧化酶和半透膜,制备出了铂纳米粒子/葡萄糖氧化酶/环氧聚氨酯酶电极,并将其用作葡萄糖传感器的工作电极.传感器计时电流检测结果表明,表面重建后的酶电极传感器对葡萄糖的检测范围扩大为2~45 mmol/L,优于裸铂铱酶电极传感器,电流响应值和灵敏度得到明显提升,同时传感器还具有良好的稳定性和选择性.     

葡萄糖分子印迹电化学传感器的研制及其应用

本文结合分子印迹技术与电化学检测手段,制备了高选择性、高灵敏度和价格低廉的分子印迹电化学传感器,并利用该传感器对食品中的葡萄糖进行定量分析。由于该分子印迹膜为非导电膜,本实验以铁氰化钾-亚铁氰化钾离子作为底液与电极之间的探针并通过铁氰化钾-亚铁氰化钾氧化还原电流信号的变化来对葡萄糖浓度进行间接测定。实验结果表明,在0.01~2μmol/L的范围内,葡萄糖浓度的变化与铁氰化钾-亚铁氰化钾氧化还原电流信号变化呈线性关系,检出限为7.68×10-9 mol/L。该传感器的制备和测量方法简单,可用于实际样品的检测。     

无酶葡萄糖传感器

葡萄糖传感器在几十年的发展中取得了重大进展,经历了三代基于酶葡萄糖传感器之后,现已进入第四代无酶葡萄糖传感器的发展阶段.本文从基于酶和无酶两类介绍了不同葡萄糖传感器的测试原理,综述了近年来纳米材料在无酶电化学葡萄糖传感器方面应用的主要研究进展,对不同类别纳米材料的制备方法以及所构建传感器的灵敏度、选择性、检测范围和稳定性等进行了评述,分析了制约无酶葡萄糖传感器商业化应用的主要原因.其中,贵金属纳米材料主要讨论了铂、金和钯;过渡金属纳米材料主要讨论了镍、铜以及其氧化物;双金属纳米材料主要讨论了合金和复合物;碳纳米材料主要讨论了单壁(多壁)碳纳米管和石墨烯.此外,本文也对无酶葡萄糖传感器的发展方向和趋势进行了展望.     

MOF derived Co3O4/N-doped carbon nanotubes hybrids as efficient catalysts for sensitive detection of H2O2 and glucose

Developing enzyme-free sensors with high sensitivity and selectivity for H2O2 and glucose is highly desirable for biological science.Especially,it is attractive to exploit noble-metal-free nanomaterials with large surface area and good conductivity as highly active and selective catalysts for molecular detection in enzyme-free sensors.Herein,we successfully fabricate hollow frameworks of Co3O4/N-doped carbon nanotubes(Co3O4/NCNTs)hybrids by the pyrolysis of metal-organic frameworks followed by calcination in the air.The as-prepared novel hollow Co3O4/NCNTs hybrids exhibit excellent electrochemical performance for H2O2 reduction in neutral solutions and glucose oxidation in alkaline solutions.As sensor electrode,the Co3O4/NCNTs show excellent non-enzymatic sensing ability towards H2O2 response with a sensitivity of 87.40μA(mmol/L)^-1 cm^-2,a linear range of 5.00μmol/L-11.00 mmol/L,and a detection limitation of 1μmol/L in H2O2 detection,and a good glucose detection performance with 5μmol/L.These excellent electrochemical performances endow the hollow Co3O4/NCNTs as promising alternative to enzymes in the biological applications.     

新型S型CdS-BiVO4异质结光电极的构筑及产氢性能研究

通过化学浴和连续离子层沉积法构筑了BiVO₄/CdS和CdS/BiVO₄两种S型异质结薄膜光电极. 利用扫描电子显微镜(SEM)、 X射线衍射(XRD)、 紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)以及电化学阻抗谱(EIS)对其形貌、 结构和光电性能进行了表征, 测试了两种薄膜电极的光催化和光电催化产氢性能. 结果表明, CdS和BiVO₄之间形成S型异质结, BiVO₄/CdS表现出最佳的光催化产氢性能, 而CdS/BiVO₄表现出最佳的光电催化产氢性能. 借助表面光电压技术探究了两种薄膜电极中S型异质结内建电场的形成过程和载流子传输的机制.     

BiVO4/CuBi2O4薄膜光电极的制备及光电性能

通过金属有机物分解法(MOD)协同光电化学沉积法, 将p型氧化物半导体CuBi₂O₄沉积在BiVO₄纳米薄膜上, 形成包覆性异质结结构, 制备了一种新型p-n异质结光阳极n-BiVO₄/p-CuBi₂O₄, 用于太阳能光电化学(Photoelectrochemical, PEC)水分解. 研究结果表明, 在1.23 V(vs. RHE)电势下, BiVO₄/CuBi₂O₄ 异质结光阳极表现出优良的PEC水氧化性能, 光电流密度达到2.8 mA/cm², 负载磷酸钴(Co-Pi)的BiVO₄/CuBi₂O₄/Co-Pi光电极, 光电流密度达到4.45 mA/cm², 分别为BiVO₄电极光电流密度的3.1倍和4.9倍. X射线衍射(XRD)、 紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、 电化学阻抗谱(EIS)和能级结构图等结果也证实, BiVO₄/CuBi₂O₄和BiVO₄/CuBi₂O₄/Co-Pi复合电极材料在内建电场和能带弯曲作用下, 光吸收特性增强, 载流子界面转移电阻减小, 具有良好的光电化学性能与稳定性.     

Bi1-xFexVO4薄膜光阳极的制备及光电化学性能

采用一步滴涂法在掺氟二氧化锡(FTO)导电玻璃上制备了Bi_1-xFe_xVO₄(x=0, 0.05, 0.10, 0.25, 0.40)薄膜, 表征了其结构、 形貌、 光学以及光电化学方面的性质. 结果表明, 掺入Fe后Bi_1-xFe_xVO₄薄膜的光电流密度与 BiVO₄薄膜相比均有所提高, 其中25% Fe-BiVO₄薄膜表现出最优的光电化学性能. 在0.1 mol/L磷酸缓冲溶液(pH=7.0)中, 1.23 V(vs. RHE)电势下25% Fe-BiVO₄薄膜的光电流密度为0.50 mA/cm², 与BiVO₄薄膜的0.15 mA/cm²相比提高了3倍多. 结合X射线衍射(XRD)、 拉曼光谱(Raman)和X射线光电子能谱(XPS)表征结果证实Fe³⁺以FeVO₄的形式存在于Bi_1-xFe_xVO₄薄膜中, 形成了BiVO₄/FeVO₄复合物薄膜. 紫外-可见光谱(UV-Vis)结果显示, 所有Bi_1-xFe_xVO₄薄膜的禁带宽度均为2.4~2.5 eV. 25% Fe-BiVO₄薄膜光电化学性能的提升主要归因于光生载流子转移效率(η_trans)和分离效率(η_sep)的提高. 能级结构图表明, BiVO₄和FeVO₄之间可以形成Type Ⅱ型能级结构排列, 可以促进光生载流子的分离与转移, 是25% Fe-BiVO₄薄膜光电化学性能提升的内在机理.     

介孔Co3O4多面体的制备及电化学性能

通过水热处理Co(NO₃)₂与(NH₄)₂S₂O₈合成了CoOOH多面体, 再经高温煅烧得到具有介孔结构的Co₃O₄多面体; 利用扫描电子显微镜(SEM)、 透射电子显微镜(TEM)、 X射线衍射(XRD)和N2吸附\|脱附实验等手段对其结构和组成进行了表征; 研究了反应时间、 反应温度及(NH₄)₂S₂O₈浓度等因素对CoOOH多面体形貌的影响, 分析了CoOOH多面体的形成机理. 性能测试结果表明, 该介孔Co₃O₄多面体具有良好的葡萄糖电化学检测活性, 检测线性范围为0.05~1.8 mmol/L, 响应灵敏度为148 μA·cm^-2·mmol·L^-1, 检出限为1 μmol/L.     

Chlorophyll sensitized BiVO4 as photoanode for solar water splitting and CO2 conversion

Converting solar energy into valuable hydrogen and hydrocarbon fuels through photoelectrocatalytic water splitting and CO_2 reduction is highly promising in addressing the growing demand for renewable and clean energy resources. However, the solar-to-fuel conversion efficiency is still very low due to limited light absorption and rapid bulk recombination of charge carriers. In this work, we present chlorophyll(Chl) and its derivative sodium copper chlorophyllin(ChlCuNa), as dye sensitizers, modified BiVO_4 to improve the photoelectrochemical(PEC) performance. The photocurrent of BiVO_4 is surprisingly decreased after a direct sensitization of Chl while the sensitization of ChlCuNa obviously enhances photocurrent of BiV04 electrodes by improved surface hydrophilicity and extended light absorption.ChlCuNa-sensitized BiV04 achieves an improved H_2 evolution rate of 5.43 μmol h~(-1) cm~(-2) in water splitting and an enhanced HCOOH production rate of 2.15 μmol h~(-1) cm~(-2) in CO_2 PEC reduction, which are1.9 times and 2.4 times higher than pristine BiVO_4, respectively. It is suggested that the derivative ChlCuNa is a more effective sensitizer for solar-to-fuel energy conversion and CO_2 utilization than Chl.     

基于ZIF-67的Co3O4/C修饰电极制备及对多巴胺传感性能研究

以金属有机骨架材料ZIF-67为前驱体,经氩气气氛高温处理制备得到了Co_2O4与碳复合材料(Co_3O4/C)。通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对Co_3O4/C的结构和形貌进行了表征。Co_3O4/C保持了前驱体ZIF-67正十二面体形貌,并发生明显皱缩现象。采用循环伏安、恒电位等方法研究了Co_3O4/C修饰玻碳电极(GCE)对多巴胺(DA)的传感性能。结果表明:在多巴胺浓度在5~500μmol/L范围内,Co_3O4/C/GCE的氧化峰电流与浓度存在良好的线性关系,检测灵敏度高达283.09μA·L/(mmol·cm2)。此外,Co_3O4/C/GCE还展示出良好的抗干扰能力、重现性和稳定性。     

A photoelectrochemical cell for pollutant degradation and simultaneous H2 generation

A PEC cell with nanostructured BiVO₄ photoelectrode film presents outstanding azo dye degradation and simultaneous H₂ production performance.     

Microwave-assisted One-pot Synthesis of Ag NPs/C and Its Application in H2O2 and Glucose Detection

The facile preparation of Ag NPs/C via a one-pot strategy was carried out by microwave treatment of a mixed aqueous solution of AgNO₃ and glucose at 180℃ for 20 min without the presence of extra reducing agent. The as-synthesized Ag NPs/C showed high catalytic performance toward the reduction of H₂O₂. The H₂O₂ sensor constructed with as-synthesized Ag NPs/C exhibited a short amperometric response time of less than 2 s. The linear range was approximately (0.1-50) mmol/L(r=0.997), and the detection limit was approximately 3.3 μmol/L at a signal-to-noise ratio of 3. A glucose biosensor was fabricated by immobilizing glucose oxidase onto Ag NPs/C- modified glassy carbon electrode to detect glucose. The glucose sensor had a wide linear response range of 2-22 mmol/L(r=0.999) and a detection limit of 190 μmol/L.     

A highly selective magnetic sensor with functionalized Fe/Fe3O4 nanoparticles for detection of Pb2+

A magnetic sensor for detection of Pb~(2+) has been developed based on Fe/Fe_3O_4 nanoparticles modified by3-(3,4-dihydroxyphenyl)propionic acid(DHCA). The carboxyl groups of DHCA have a strong affinity to coordination behavior of Pb~(2+) thus inducing the transformation of Fe/Fe_3O_4 nanoparticles from a dispersed to an aggregated state with a corresponding decrease, then increase in transverse relaxation time(T_2) of the surrounding water protons. Upon addition of the different concentrations of Pb~(2+) to an aq. solution of DHCA functionalized Fe/Fe_3O_4 nanoparticles(DHCA-Fe/Fe_3O_4 NPs)([Fe] = 90 mmol/L), the change of T_2 values display a good linear relationship with the concentration of Pb~(2+) from 40 μmol/L to 100 μmol/L and from 130 μmol/L to 200 μmol/L, respectively. Owing to the especially strong interaction between DHCA and Pb~(2+), DHCA-Fe/Fe_3O_4 NPs exhibited a high selectivity over other metal ions.