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三维多孔Ti3C2 MXene/氧化石墨烯气凝胶上生长AgI半导体,以开发H2S测定的敏感和选择性“信号开启”光电化学传感器

日期: 来源:石墨烯研究收集编辑:石墨烯研究翻译


长期暴露于低浓度的硫化氢(H2S)对人体健康和生态系统构成严重威胁,对其进行有效监管具有重要意义。在这项研究中,我们报道了一种灵敏和选择性的“信号开启”光电化学(PEC)传感器,用于在定制的三维(3D)多孔Ti3C2 MXene/氧化石墨烯气凝胶(MGA)上原位生长AgI半导体,以测定水溶液中有毒的H2S。我们的研究表明,当MXene和氧化石墨烯(GO)的起始进料质量比为1:8 (MGA1:8)时,生成的MGA在AgI半导体生长后具有最优异的PEC性能,优于其单体(Ti3C MXene和GO)和其他起始进料质量比的MGAs。这种基于MGA1:8/AgI异质结的PEC传感器随着S2-浓度的增加,PEC响应显著增强。相应的,该方法线性范围为5 nM-200 μM,检测下限为1.54 nM (S/N = 3),具有独特的选择性。我们的研究表明,采用定制的MGA结构设计的PEC传感器是提高整体传感性能的有效途径,这将推动先进的3D多孔气凝胶在PEC传感器中的应用。

         

图1. MGA1:8, AgI, Ag2S的能带结构示意图和可能的电子转移机制。


          图2. MGA1:4 (A), MGA1:6 (B), MGA1:8 (C)和MGA1:10 (D)的SEM图像。

         

          图3. MGA1:8、MGA1:8/AgI与S2-(A)反应前后的宽扫描XPS谱。特定样品的Ti 2p (B), C1s (C), Ag 3d (D), I 3d (E)和S 2p (F)高分辨率XPS谱。

         

          图4. (A)原始MXene (a)、原始GO (b)、MGA1:4 (c)、MGA1:6 (d)、MGA1:8 (e)和MGA1:10 (f)在Agl半导体锚定前(左)后(右)的光电流响应。(B) MGA1:8修饰FTO (a)和MGA1:8/AgI修饰FTO在10 nM S2-不存在(b)和存在(c)时的光电流响应,0.2 V光激发。

         

          图5. (A)制备的PEC传感器在PBS中培养的光电流响应,包括0 (a), 0.002 (b), 0.003 (c), 0.005 (d), 0.01 (e), 0.05 (f), 0.2 (g), 1 (h), 5 (i), 50 (j), 200 (k), 1000 (l), 2000 μM (m)的S2-在0.2 V下暴露于剪切光。(B)光电流强度与S2-浓度的关系图及线性校准曲线(插图)。(C) 10 μM S2-的PEC传感器光电流稳定性。(D)该PEC传感器的抗干扰研究。

         

相关研究成果由江苏大学化学化工学院Qi Zhang等人于2023年发表在Analytica Chimica Acta (https://doi.org/10.1016/j.aca.2023.340845)上。原文:Growth of AgI semiconductors on tailored 3D porous Ti3C2 MXene/ graphene oxide aerogel to develop sensitive and selective “signal-on” photoelectrochemical sensor for H2S determination。

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