폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/금/그라핀 복합재료의 고체 가열 합성 및 아질산염 및 요오드산염의 전류 측정을 위한 응용
초록
유망한 전기화학 센서를 위한 poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/gold/graphene(PEDOT/Au/GO)의 삼원 복합물을 고체 가열 방법으로 합성했습니다. PEDOT, Au 및 GO 간의 상호 작용은 아질산염 및 요오드산염 검출을 위해 탐색되었습니다. PEDOT/Au/GO 합성물은 금 나노입자의 균일한 분포와 함께 혈암과 같은 형태를 가짐이 발견되었습니다. 전기화학적 실험은 PEDOT/Au/GO 복합 변형 전극이 요오드산염 측정에 대해 우수한 전기촉매 활성을 나타냄을 보여주었습니다. PEDOT/Au/GO/GCE에서의 전류 측정 실험은 아질산염의 경우 0.53 및 0.62μM(S/N =3)의 검출과 함께 100–1000μM 범위의 농도와 피크 전류 사이에 좋은 선형 관계가 존재함을 보여주었습니다. 및 요오드산염, 각각. 또한 10μM에서 아질산염 및 요오드산염에 대한 PEDOT/Au/GO/GCE의 현재 응답은 각각 최대 9.59 및 11.47μA였습니다.
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이온(아질산염 또는 요오드산염)과 PEDOT/Au/GO 합성물 사이의 직접적인 전자 전달 메커니즘
<섹션 데이터-제목="배경">
배경
아질산염(NO2
-
)은 환경, 식품 및 농산물 내 도처에 존재하며, 섭취 화합물이 NO2를 함유할 때 생리학적 시스템에 존재하는 것으로 인식되었습니다.
-
[1, 2]. 아니요2
-
아민과 반응하여 발암성 니트로사민을 형성할 수 있으며 이러한 이온을 지속적으로 섭취하면 동물과 인간의 건강에 해로울 수 있습니다[3,4,5]. 또한 일상 생활에 가까운 다른 이온 프레스와 함께 요오드산염(IO3
-
), 요오드화 염은 요오드 결핍 장애 예방을 위한 가장 성공적인 전략으로 인식되고 있습니다. 그러나 IO3 초과
-
갑상선 기능 항진증 뿐만 아니라 갑상선종 및 갑상선 기능 저하증을 유발할 수 있습니다[6, 7]. 따라서 NO2에 대해 많은 기술이 개발되었습니다.
-
및 IO3
-
분광법 [9], 크로마토그래피 [10], 화학발광 [11], 전기화학 [12,13,14,15], 모세관 전기영동 [16]을 포함한 검출 [8]. 그 중 전기화학적 방법은 높은 감도, 단순성, 신속성 및 저렴한 비용으로 인해 널리 사용되어 왔다. 일반적으로 전극은 나노구조 금속(예:Pt, Au), 금속 산화물(예:WO3 , RuO2 ), 탄소 나노 물질, 그리고 효과적인 전기화학적 센서의 개발을 위해 광범위하게 연구되어 왔다[17,18,19,20]. 그 중 Au 나노 입자는 이상적인 촉매 활성, 감도, 생체 적합성, 계면 지배 특성, 우수한 전도도 및 높은 신호 대 잡음비로 전기 화학 센서 분야에서 폭넓게 응용되고 있습니다. 그러나 Au는 높은 비용, 낮은 선택성 및 불안정성으로 인해 실제 응용 분야에 적합하지 않습니다[21].
최근에 전도성 고분자/금 하이브리드 재료는 상승 작용 또는 상보적 거동을 갖는 새로운 종류의 복합 재료를 얻기 위해 광범위하게 조사되었습니다[22, 23]. 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT)는 전도성 고분자의 대표적이고 중요한 부분 중 하나로서 디스플레이, 스마트 윈도우, 센서, 커패시터, 배터리 및 광전지 분야에서 폭넓게 응용되고 있습니다[24,25,26 ]. 일반적으로 화학적으로 합성된 PEDOT/Au 복합재료에서 복합재료의 전기촉매 성능은 Au-S(thiophene) 상호작용과 금속 이온 배위의 활성화를 통해 향상될 수 있다[27, 28]. 그리고 바이너리 PEDOT/Au 합성물의 준비에 대한 많은 보고서가 발표되었습니다[29, 30].
최근 몇 년 동안 그래핀 기반 탄소 재료는 높은 표면적, 독특한 전자 수송 특성, 높은 전기 촉매 활성 및 우수한 화학적 안정성 때문에 그래핀/전도성 고분자 기반 삼원 복합 재료의 제조에 대부분의 연구가 집중되고 있다[31, 32 ]. 그래핀 기반 탄소 재료의 이러한 고유한 특성은 복합 재료에 고유한 화학 구조와 더 우수한 성능을 가져올 수 있습니다[33].
Yao et al. NO2 검출을 위한 PANI/MWNTs/Au 합성 센서 합성
-
, 그리고 현재 응답은 10μM NO2에 대해 약 2.8μA였습니다.
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[34]. Xue et al. 손쉬운 습식 화학적 경로를 통해 금 나노입자/폴리피롤/그래핀의 삼원 나노복합체를 제조했고, 준비된 복합체가 높은 감도로 포도당에 대해 우수한 전기촉매 활성을 갖는다는 것을 발견했습니다[35]. 이 경우, 그래핀 기반 삼원 나노복합체의 제조, 구조 및 특성에 대한 연구는 센서 분야에서 매우 흥미롭고 도전적일 것입니다. 그러나, 3원 나노복합체에 대한 기존의 화학 및 전기화학 기술은 일반적으로 복잡하고 지루합니다. 따라서 비용 효율적이고 투명하고 친환경적이며 단순하고 효율적인 합성 방법이 바람직합니다.
여기에서 우리는 고체 상태 가열 방법에 의한 유망한 전기화학 센서를 위한 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜), 금 나노입자 및 그래핀의 삼원 복합체(PEDOT/Au/GO)의 제조를 보고합니다. 비교를 위해 순수 PEDOT과 이원 합성물(PEDOT/Au)도 유사한 방식으로 합성하였다. PEDOT/Au/GO 및 PEDOT/Au 합성물은 요오드산염의 전기화학적 민감한 측정에 사용되었습니다. 그리고 PEDOT/Au/GO 합성물은 아질산염 및 요오드산염의 전류 측정법 측정에 대한 체계적인 연구를 기반으로 아질산염 및 요오드산염 감지를 위한 전기화학 센서로서의 잠재적 응용성을 평가하기 위해 선택되었습니다.
실험
화학물질 및 시약
3,4-Ethylenedioxythiophene(EDOT)은 Shanghai Aladdin Reagent Company(중국)에서 구입하여 감압증류로 정제한 후 냉장고에 보관하여 사용하였다. 염화금산 수화(HAuCl4 ·4H2 O) Shanghai Aladdin Reagent Company(중국)에서 구입했습니다. 그래핀(GO)은 Strem Chemicals Inc.(미국)에서 구입했습니다. 다른 모든 시약은 분석 등급이었고 추가 정제 없이 공급된 대로 사용했습니다. 2,5-Dibromo-3,4-ethylenedioxythiophene은 이전 보고서에 따라 합성되었습니다[36].
PEDOT/Au/GO 및 PEDOT/Au 합성물의 합성
복합체 합성 전에 Au 나노입자 졸 용액을 미리 준비하였다. Au 나노입자 졸 용액은 HAuCl4을 환원하여 제조되었습니다. NaBH4 포함 환원제로. Au 나노입자 졸 용액의 일반적인 준비는 다음과 같습니다. 60mg의 HAuCl4 ·3H2 O를 물 100mL에 첨가하여 HAuCl4을 생성했습니다. 해결책. Na3 수용액 총 3.4mL C6 H5 O7 (1%)를 40mL의 HAuCl4에 첨가했습니다. 10분 동안 격렬하게 교반하면서 용액. 1.2mg의 NaBH4 그런 다음 재빨리 첨가했고 용액의 색은 즉시 보라색으로 변했습니다.
PEDOT/Au/GO 복합재료의 일반적인 고체 가열 합성은 다음과 같습니다(그림 1):0.5g(2mmol) 단량체(2,5-디브로모-3,4-틸렌 디옥시티오펜)와 10mg의 혼합물 30mL 클로로포름의 GO를 30분 동안 초음파 처리하여 단량체가 GO 표면에 쉽게 흡착되도록 했습니다. 그 다음 혼합물을 클로로포름을 증발시켰다. 잔류물을 막자사발에 넣은 후 5분 동안 계속 분쇄했습니다. 그런 다음 혼합물을 Au 나노 입자 졸 용액에 첨가하고 10분 동안 교반했습니다. 그런 다음 혼합물을 여과하고 증류수로 세척하고 마지막으로 24시간 동안 60°C의 진공 오븐에 보관했습니다. 얻어진 생성물을 PEDOT/Au/GO 복합재료로 표기하였다.
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PEDOT/Au/GO 형성 과정의 도식적 표현
비교를 위해 이진 합성물(PEDOT/Au)과 순수 PEDOT도 비슷한 방식으로 합성했습니다.
구조 특성화
샘플의 푸리에 변환 적외선(FTIR) 스펙트럼은 KBr 펠릿을 사용하여 BRUKER-QEUINOX-55 FTIR 분광계에서 기록되었습니다. 샘플의 UV-vis 스펙트럼은 UV-visible spectrophotometer(UV4802, Unico, USA)에 기록되었습니다. TEM 측정을 위한 샘플은 구리 지지체에 제품 에탄올 현탁액 몇 방울을 떨어뜨려 준비하고 Hitachi 2600 전자 현미경에서 수행했습니다. 샘플의 원소 함량은 작동 전압이 5kV인 Leo1430VP 현미경으로 촬영한 에너지 분산 X선 분광법(EDS)으로 특성화되었습니다. EDX 실험은 펠릿을 200MPa로 압축한 다음 구리 플래튼에 부착하여 수행했습니다.
전기촉매 활성 측정
순환 전압전류법(CV) 및 전류계 i –그 곡선은 전기화학 워크스테이션 CHI 660C(ChenHua Instruments Co., Shanghai, China)에서 수행되었습니다. 복합재료의 전기화학적 성능을 연구하기 위해 3전극 시스템이 사용되었습니다. Pt 전극을 상대 전극으로 사용하고 포화 칼로멜 전극(SCE)을 참조 전극으로 사용했습니다. PEDOT/Au/GO 복합 변형 GCE(유리질 탄소 전극, 직경 =3mm)를 작업 전극으로 사용했습니다. 작업 전극은 5μL의 30mg/L PEDOT/Au/GO 합성 현탁액(PEDOT/Au/GO 합성물을 물에 분산시켜 현탁액(30mg/L)을 생성함)을 노출된 GCE 표면에 놓고 제작했습니다. 10분 동안 공기 건조. 모든 실험은 주변 온도와 대기 분위기에서 수행되었습니다.
결과 및 토론
그림 2a는 PEDOT, PEDOT/Au 및 PEDOT/Au/GO의 FTIR 스펙트럼을 나타냅니다. 그림 2a에서 볼 수 있듯이 PEDOT/Au/GO 및 PEDOT/Au 복합 재료의 스펙트럼은 순수한 PEDOT의 스펙트럼과 유사하여 복합 재료에서 성공적인 폴리머 형성을 나타냅니다. ~ 1514 및 ~ 1324cm
−1
에 나타나는 두 밴드 C=C의 비대칭 신축 모드와 C–C의 링 간 신축 모드에 각각 할당됩니다. ~ 1198, ~ 1140 및 ~ 1084cm
−1
에 밴드가 나타납니다. 에틸렌디옥시의 CO-C 굽힘 진동에 기인합니다. 이러한 결과는 이전에 보고된 PEDOT의 FTIR 스펙트럼과 잘 일치합니다[37]. PEDOT/Au/GO 및 PEDOT/Au 합성물의 스펙트럼은 순수 PEDOT의 스펙트럼과 유사하지만 순수 PEDOT과 합성물 간에 몇 가지 불일치가 발생합니다. 이전 보고서에 따르면 폴리티오펜의 중합도는 690과 830cm에서 적외선 밴드의 통합 비율로 평가할 수 있습니다
-1
[38, 39], 중합도가 높을수록 그 강도비의 값이 상대적으로 낮을 수 있습니다. 따라서 그림 2a에서 PEDOT/Au/GO, PEDOT/Au, PEDOT의 중합도가 PEDOT/Au/GO> PEDOT/Au> PEDOT의 순서로 있음을 유추할 수 있으며, 이는 PEDOT이 /Au/GO는 PEDOT/Au 및 PEDOT보다 중합도가 높습니다. 또한, 이 결과는 반응 매질에 GO의 존재가 복합 매트릭스에서 PEDOT의 중합도를 높이는 데 긍정적인 역할을 할 수 있음을 나타냅니다.
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FTIR(a ) 및 UV-vis(b ) PEDOT, PEDOT/Au 및 PEDOT/Au/GO의 스펙트럼
그림 2b는 PEDOT, PEDOT/Au 및 PEDOT/Au/GO의 UV-vis 흡수 스펙트럼을 보여줍니다. 그림 2b에 표시된 것처럼 PEDOT은 ~ 500nm에서 시작하여 근적외선 영역으로 확장되는 넓은 흡수 피크를 나타냅니다. "자유 캐리어 꼬리"로 알려진 이 흡수 기능은 폴리머의 전도도와 상관 관계가 있습니다. 이 흡수 피크의 존재는 더 긴 접합 길이와 더 큰 차수를 갖는 폴리머에 해당하는 것으로 나타났으며, 이는 전하 캐리어의 더 큰 이동성을 허용합니다[40, 41]. 복합 재료의 경우 PEDOT/Au는 PEDOT과 유사한 흡수 특성을 나타내는 반면 PEDOT/Au/GO는 ~ 500nm에서 흡수 피크(π-π* 전이)를 표시하며 자유 캐리어 꼬리는 근적외선 영역 [37, 40, 42]. 이 현상은 또한 비공유 그래핀의 방향족 영역과 PEDOT의 퀴노이드 고리 사이에 강한 상호작용이 있음을 의미합니다[43, 44].
그림 3은 PEDOT, PEDOT/Au 및 PEDOT/Au/GO의 투과 전자 현미경(TEM) 이미지를 보여줍니다. 그림 3a, b에 도시된 바와 같이 순수한 PEDOT은 층 구조를 가진 혈암과 유사한 형태를 나타내는 반면 PEDOT/Au 복합재는 평균 크기가 50nm인 PEDOT 및 Au 나노입자가 혼합된 과립형 형태를 나타냅니다. 그러나 PEDOT/Au/GO 복합재의 경우(그림 3c) 금 나노입자(어두운 음영 나노입자)의 균일한 분포와 함께 혈암과 같은 형태를 가짐을 알 수 있다. 또한, PEDOT/Au/GO 합성물의 혈암과 같은 형태는 각각 GO 및 PEDOT에 기인할 수 있는 밝은 음영 및 어두운 음영의 계층 구조로 구성됩니다. 이러한 결과는 GO 및 Au 나노입자가 단순히 PEDOT에 혼합되거나 혼합되지 않음을 의미하며, 이는 GO 및 Au 나노입자(평균 크기 10~15nm)가 복합 매트릭스에 내장되어 있음을 시사합니다. 복합재에서 GO 및 Au 나노 입자의 균일한 분포는 PEDOT의 혈암과 유사한 형태와 관련이 있을 수 있으며, 이는 PEDOT 및 GO의 통합으로 인해 층상 구조의 형성 가능성을 가져올 수 있으며 균일한 분포의 Au 나노 입자를 위한 넓은 표면적을 이끕니다. .
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a의 TEM 이미지 페도, b PEDOT/Au 및 c PEDOT/Au/GO
그림 4a는 PEDOT, PEDOT/Au 및 PEDOT/Au/GO의 XRD 패턴을 나타냅니다. 또한, Au의 원소 비율을 연구하기 위해 PEDOT, PEDOT/Au 및 PEDOT/Au/GO의 에너지 분산 X선(EDX) 분광법도 그림 4b에 나와 있습니다. 그림 4a와 같이 PEDOT, PEDOT/Au 및 PEDOT/Au/GO는 2θ에서 낮은 강도로 넓은 회절 피크를 나타냅니다. ~25.9°, 폴리머 백본의 분자간 간격과 연관되거나 (020) 반사에 할당될 수 있습니다[45]. 또한, 합성물은 2θ에서 날카로운 회절 피크를 나타냅니다. ~26°, 합성물에서 GO의 존재를 나타냅니다[46]. PEDOT/Au/GO 복합재의 경우 PEDOT의 특성 회절 피크(2θ ~25.9°)는 GO(2θ)와 겹칩니다. ~26.6°). 복합재의 XRD 패턴은 Au의 특징적인 회절 피크(2θ에서 낮은 강도의 4개 피크)의 존재를 나타냅니다. Au의 (111) 및 (200) 평면에서 Bragg의 반사에 해당하는 37.9° 및 43.7°의 값[47]은 복합재에 Au가 성공적으로 통합되었음을 시사하며, 이는 EDX( 그림 4b) PEDOT/Au(1.92wt% Au의 존재). 그러나 PEDOT/Au/GO의 Au에 대한 명백한 회절 피크는 없으며, 이는 PEDOT/Au/GO(1.71wt% Au의 존재)의 EDX(그림 4b) 결과와 일치하지 않습니다. 이는 PEDOT/Au/GO 복합재에서 Au 나노입자의 작은 입자 크기와 높은 분산에 기인한 것으로, 이러한 현상은 Au 나노입자에 대한 회절 피크를 보이지 않는 Au/Zn 나노복합체에서 관찰된 것과 유사하다[47]. .
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XRD(a ) 및 EDX(b ) PEDOT, PEDOT/Au 및 PEDOT/Au/GO
PEDOT, PEDOT/Au 및 PEDOT/Au/GO의 열중량 분석이 그림 5에 나와 있습니다. 이러한 샘플이 3단계 체중 감소 동작을 겪음이 분명합니다. 40–104°C에서 첫 번째 단계의 중량 손실은 폴리머 사슬에서 갇힌 물 또는 수분의 미량 손실로 인한 것입니다. 두 번째 단계 중량 손실은 112~323°C에서 발생하며 중량 손실은 각각 24.78%(PEDOT), 24.33%(PEDOT/Au), 19.17%(PEDOT/Au/GO)입니다. 이것은 저분자량 폴리머의 손실 때문입니다. 세 번째 단계에서 폴리머는 323°C 이후에 분해됩니다. 이 결과는 폴리머가 최대 323°C까지 안정하다는 표시입니다. 그리고 800°C 후 20.8%(PEDOT), 29.1%(PEDOT/Au) 및 36.5%(PEDOT/Au/GO)의 현재 잔류 중량 백분율이 있습니다. 이러한 결과는 Au 및 GO의 존재가 복합재의 열 안정성을 향상시킬 수 있음을 시사합니다.
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PEDOT, PEDOT/Au 및 PEDOT/Au/GO의 TGA 곡선
전기화학 센서로서 PEDOT/Au/GO 및 PEDOT/Au 합성물의 잠재적인 응용을 평가하기 위해 요오드산염(IO3
-
) 전기화학적 실험을 위한 시험종으로 선정되었다. 그림 6은 0.1M H2에서 PEDOT/Au/GO 및 PEDOT/Au 복합 재료의 순환 전압전류도를 보여줍니다. SO4 5mM 요오드산염이 포함된 용액. 그림 6에서 보는 바와 같이 PEDOT/Au/GO(PEDOT/Au/GO/GCE)와 PEDOT/Au 변성 유리 탄소 전극(PEDOT/Au/GCE)의 경우 모두 산화/환원 피크가 없습니다. 입출력3
-
. IO3
-
가 추가되면 두 복합재는 두 개의 산화/환원 피크를 표시하고 환원 피크 전류 값은 IO3의 환원으로 인한 각 산화 피크의 전류 값보다 높습니다.
-
나에게
−
[48]. 또한, PEDOT/Au/GO/GCE의 경우 가장 높은 환원 전류 강도가 발생하여 PEDOT/Au/GO/GCE가 PEDOT/Au/GO보다 전기화학적 촉매 활성이 강화되었음을 시사합니다.
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5mM 요오드산염을 포함하는 0.1M H2SO4 용액에서 PEDOT/Au/GO/GCE 및 PEDOT/Au/GCE의 순환 전압전류도
그림 7은 아질산염을 포함하는 0.025M PBS(pH =6.86) 용액에서 PEDOT/Au/GO/GCE의 순환 전압전류도를 보여줍니다(그림 7a 및 0.1M H2). SO4 요오드산염을 함유한 용액(그림 7b). 피크 전류는 각각 아질산염 농도(3~15mM)와 요오드산염 농도(2~20mM)가 증가함에 따라 증가합니다. 그림 7a에서 볼 수 있듯이 약 0.82V에서 넓은 산화 피크가 있으며 이는 NO2의 전환에 할당될 수 있습니다.
-
NO3으로
-
2-전자 산화 과정을 통해 [49]. 요오드산염의 경우(그림 7b) 환원 피크 전류가 증가하고 피크 전위가 300mV에서 160mV로 약간 이동하는데, 이는 IO3의 급격한 감소에 기인할 수 있습니다.
-
나에게
−
[48].
<사진>
아질산염(a)이 포함된 0.025M PBS(pH =6.86) 용액에서 PEDOT/Au/GO/GCE의 순환 전압전류도 ) 및 0.1M H2 SO4 요오드산염을 함유한 용액(b )
그림 8은 1.0×10
−5
을 연속적으로 추가한 PEDOT/Au/GO/GCE의 정상 상태 촉매 전류-시간 응답을 보여줍니다. , 1.0 × 10
−4
및 1.0 × 10
−3
M 아질산염(그림 8, 0.78V에서 전위 제어) 및 요오드산염(그림 8b, - 0.25V에서 전위 제어). 그림 8과 같이 1.0×10
−5
을 연속적으로 더하면 잘 정의된 응답이 관찰됩니다. , 1.0 × 10
−4
및 1.0 × 10
−3
M 아질산염 및 요오드산염 각각.
<그림>
1.0 × 10
−5
을 연속적으로 추가한 PEDOT/Au/GO/GCE의 정상 상태 촉매 전류-시간 응답 , 1.0 × 10
−4
및 1.0 × 10
−3
M 아질산염(a ) 및 요오드산염(b )
그림 9는 1.0×10
−3
을 연속적으로 추가한 PEDOT/Au/GO/GCE의 정상 상태 촉매 전류-시간 응답을 보여줍니다. M 아질산염(그림 9a, 0.78V에서 전위 제어) 및 요오드산염(그림 9b, − 0.25V에서 전위 제어). 그림 9의 결과는 아질산염과 요오드산염의 검출이 100–1000μM 범위에서 더 나은 정상 상태 촉매 전류를 가지며 반응 시간은 각각 아질산염과 요오드산염을 첨가한 후 약 4초임을 보여줍니다. Chronoamperometric 전류 대 이온 농도의 플롯(그림 9의 삽입)은 I의 선형 방정식을 사용하여 100–1000μM 범위의 농도와 피크 전류 사이에 좋은 선형 관계가 있음을 나타냅니다. (μA) =0.0322 C + 26.422(R
2
=0.9995) 및 나(μA) =0.13757C + 6.80312(R
2
=0.999) 아질산염 및 요오드산염 각각. 가장 중요한 것은 PEDOT/Au/GO/GCE에 의한 아질산염 및 요오드산염의 검출은 단계 응답을 나타내고 소량의 복합물(30mg/L에서 5μL)을 로드할 때 아질산염 및 요오드산염에 대한 전기화학적 검출에 이상적인 전류 응답을 갖는다는 것입니다. 유리 탄소 전극에. 또한 아질산염과 요오드산염의 낮은 검출 한계는 각각 0.53μM 및 0.62μM(S/N =3)으로 추정됩니다.
<그림>
1.0×10
−3
을 연속적으로 추가한 PEDOT/Au/GO/GCE의 정상 상태 촉매 전류 시간 응답 M 아질산염(a ) 및 요오드산염(b )
다양한 화학적으로 변형된 전극에 의한 아질산염 및 요오드산염 검출 매개변수에 대한 비교가 표 1에 나열되어 있습니다. 비교 결과는 PEDOT/Au/GO/GCE 변형 전극의 응답이 17.5 μA)의 MWNT-PAMAM-Chit 및 10μM 아질산염. 그러나 10μM 아질산염 추가에 대한 PEDOT/Au/GO/GCE의 현재 응답은 Nano-Au/P3MT/GCE의 응답(0.3μA)보다 높습니다. 또한, PEDOT/Au/GO 합성물의 현재 응답은 10μM 요오드산염을 추가할 때 11.47μA이며, 이는 PEDOT/Au/GO/GCE 수정 전극이 요오드산염.
그림 10은 PEDOT/Au/GO/GCE 복합 개질 전극이 장기간의 1000초 실험 동안 분석물(1.0mM 아질산염 또는 1.0mM 요오드산염)의 전류 측정 측정에 더 높은 안정성을 부여함을 보여줍니다. 반응은 실험 내내 안정적으로 유지되어 수정된 전극 표면에 대한 요오드산염 및 환원 생성물의 억제 효과가 없음을 나타냅니다. 그러나 요오드산염에 비해 아질산염의 경우 반응이 불안정합니다.
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1mM의 아질산염에서 기록된 PEDOT/Au/GO/GCE의 전류 측정법(a ) 및 요오드산염(b ) 장기간 1000초
그림 11은 PEDOT/Au/GO/GCE 합성물을 통한 이온(아질산염 또는 요오드산염)과 GCE(유리질 탄소 전극) 간의 직접적인 전자 이동 메커니즘을 보여줍니다. 도 11에 도시된 바와 같이, 셰일-유사 PEDOT은 GO와 통합되어 Au 나노입자의 균일한 분포를 위한 넓은 표면적을 이끌 수 있는 라멜라 구조를 형성할 수 있다. 또한 생성된 전자는 그림 11과 같이 복합재에 분산된 전도성이 높은 GO를 통해 최단 저항 경로를 통해 GCE로 전도됩니다. 그러나 GO가 없으면 전자는 PEDOT 매질을 통과해야 하므로 상당한 저항이 발생합니다. 전위 강하 및 훨씬 더 낮은 전자 전달 속도. 따라서 GO는 전도성 매트릭스를 형성하여 전기 저항 경로를 감소시키기 때문에 이온(아질산염 또는 요오드산염)과 GCE 간의 전자 교환을 촉진하는 데 중요한 역할을 합니다.
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PEDOT/Au/GO 합성물을 통한 이온(아질산염 또는 요오드산염)과 GCE 간의 직접적인 전자 전달 메커니즘
실제 샘플 분석
수정된 전극의 실제 적용을 검증/테스트하기 위해 PEDOT/Au/GO/GCE를 표준 첨가 방법으로 수돗물의 아질산염 농도 검출에 적용했습니다. 전류 측정법에 의한 아질산염 측정을 위해 특정 부피의 샘플을 전기화학 전지에 추가했습니다. 표 2에서 볼 수 있듯이 샘플의 회수율은 98.4%에서 104.3% 사이였습니다. 따라서 PEDOT/Au/GO/GCE는 물 샘플의 아질산염 검출에 사용할 수 있습니다.
결론
유망한 전기화학 센서를 위한 PEDOT/Au/GO의 삼원 합성물을 고체 가열 방법으로 합성했습니다. 결과는 PEDOT의 혈암과 같은 형태가 GO 매트릭스에 PEDOT을 통합하여 라멜라 구조를 형성할 가능성을 가져올 수 있으며, 이는 Au 나노 입자의 균일한 분포를 위한 넓은 표면적을 유발할 수 있음을 보여주었습니다. 따라서 PEDOT, GO 및 Au 나노 입자 사이의 상승 효과와 복합재의 넓은 접촉 표면적은 PEDOT/Au/GO 복합재 디스플레이가 아질산염 산화 및 요오드산염 환원에 대한 강한 전기 촉매 활성을 나타내도록 했습니다. 그리고 아질산염과 요오드산염의 검출에 대한 현재 반응은 명백한 단계 반응을 달성하기에 충분히 높았습니다. 또한 PEDOT/Au/GO 합성물은 유리질 탄소 전극에 소량의 합성물(30mg/L에서 5μL)을 로딩할 때 아질산염 및 요오드산염에 대한 전기화학적 검출에 이상적인 전류 응답을 보였습니다.
