Fe3+ 이온의 고효율 검출을 위한 Ag 나노입자가 포함된 잘 정렬된 TiO2 나노튜브 어레이

초록

오늘날 새로운 방법으로 높은 감도와 선택성을 가진 철 이온을 측정하는 것은 건강한 신체와 환경을 모니터링하는 데 시급한 문제가 되었습니다. 이 논문에서는 처음으로 고성능 TiO₂ 세트를 제시합니다. 철 이온에 매우 민감한 나노튜브 어레이. 첫째, 양극 산화 방법을 채택하여 정렬된 TiO₂를 준비했습니다. 나노튜브 어레이, 철 이온 감지의 향상 능력과 함께 기능화된 Ag 나노입자 증착이 뒤따랐다. 게다가 TiO₂의 스펙트럼은 Ag 나노입자가 있거나 없는 나노튜브를 X선 광전자 분광계로 분석한 결과, Ag 나노입자가 전자와 정공의 재결합 속도를 효과적으로 감소시키고 전극의 전도도 및 전하 이동 속도를 증가시킬 수 있음을 보여줍니다. 또한, 잘 정렬된 TiO₂에 기능화된 Ag 나노입자가 있을 때 나노튜브 어레이가 사용되었고, 양극 스트리핑 전압전류법으로 수행된 철 이온 감지를 조사하여 TiO₂의 큰 잠재력을 검증했습니다. Fe³⁺ 가 될 때 약 30 μA/ug/L의 감도를 갖는 나노튜브 어레이 센서. 이 방법은 Fe³⁺ 모니터링을 위한 센서 개발의 새로운 가능성을 제시합니다. 샘플 전처리 절차 없이 생물학적 샘플에서.

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배경

철분은 일반적으로 산소 및 블록 물질의 전달 및 수송을 담당하는 인체 건강에 중요한 영양소이며 인체에서 가장 필수적인 금속 원소 중 2위입니다. 그러나 살아있는 세포에 과도한 양의 철 이온은 Fenton 반응을 통해 활성 산소 종(ROS)의 생산을 촉매할 수 있으며, 이는 신장 질환과 같은 질병을 유발할 수 있고 세포 항상성을 방해하여 알츠하이머, 윌슨 및 Menkes 질병 [1, 2]. 사실, 산업 및 농업에 광범위하게 적용되기 때문에 오염된 강, 호수 또는 바다의 철이 인간에게 미치는 잠재적인 독성 영향은 전 세계적인 과제로 남아 있습니다[3, 4]. 따라서 높은 감도와 선택도로 철 이온을 신속하게 측정하는 데 사용되는 실용적이고 효율적인 기술을 개발하기 위해서는 건강한 신체와 환경을 모니터링하는 것이 특히 필요합니다.

오늘날 금속 이온을 검출하는 방법은 원자 흡수 분광법, 유도 결합 플라즈마 질량 분석법, 유도 결합 플라즈마 방출 분광법과 같은 많은 방법이 있습니다. 그러나 이러한 방법에는 복잡한 장비와 시료 준비 단계가 필요하며 비용도 많이 듭니다. 최근 그래핀[5,6,7,8,9,10,11,12], 그래핀 양자점[13,14,15,16,17,18]과 같은 나노입자에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. , 탄소 점[19,20,21], 금속 이온 감지를 위한 원하는 치수의 귀금속 나노입자 또는 나노클러스터는 우수한 선택성, 높은 감도 및 쉬운 조작으로 인해 많은 관심을 받았습니다. Vinod Kumar Gupta et al. 간단한 축합 반응을 통해 이민을 합성하는 방법을 개발하고 전기 화학적 및 광학적 방법을 통해 금속 검출 능력을 탐구했습니다. Fe³⁺ 저농도에서 색도계(L2)로 검출하면 1.29 × 10⁻⁶ 에 도달할 수 있습니다. M. 그러나 이 방법은 높은 검출 한계와 강한 간섭 등의 요인으로 인해 제한적이다[22]. Xiaohui Gao et al. 수용액에서 Fe3+ 이온의 검출을 위해 N-아세틸-L-시스테인(NALC)-안정화된 Ag 나노입자(NALC-Ag NP)를 기반으로 하는 손쉬운 비색 센서를 보고했습니다. 이 방법은 Fe³⁺ 의 민감하고 선택적인 검출을 수행하는 데 사용할 수 있습니다. 80 nM ~ 80 mM의 선형 범위와 80 nM의 검출 한계를 가진 물 속의 이온. Kailasa SK et al. Fe³⁺ 측정을 위한 선택적이고 민감한 비색법을 개발했습니다. p-아미노 살리실산 디티오카바메이트 기능화된 금 나노입자(DTC-PAS-Au NPs)를 비색 프로브로 사용하여 이온을 측정합니다[24, 25]. 이러한 검출을 기반으로 질량분석법(MS) 또는 광학방출분광법(OES)과 결합된 유도결합플라즈마(ICP) 분석을 철 이온 분석에 채택하는 것이 바람직하다[26].

한편, TiO₂ 높은 화학적 안정성을 갖는 나노튜브는 가스/수분 센서[27], 물의 수소로의 광촉매 분해[28]와 같은 무독성 뿐만 아니라 우수한 광전기화학적 특성, 촉매 특성 및 흡착 특성으로 인해 다양한 산업 분야에 널리 적용되고 있습니다. , 유기 오염물질의 광촉매 분해[29], 염료감응 태양전지[30], 바이오센서[31], 슈퍼커패시터[32]. 특히, 잘 구조화되고 고도로 정렬된 TiO₂ 나노튜브는 전하의 방향성 및 신속한 전달에 매우 적합합니다[33,34,35,36]. 또한 Ag NP의 표면 기능화는 TiO₂에 대한 분석 적용 가능성을 높이는 데 중요한 역할을 합니다. 높은 선택성과 감도로 미량 분석물의 나노튜브 검출. 따라서 TiO₂의 조합을 고려 미량 수준에서 나노튜브 및 금속 이온 검출이 매우 바람직합니다. 우리가 아는 한, 기능화된 TiO₂의 사용에 대한 보고서는 거의 없습니다. Fe³⁺ 에 대한 기반 프로브로서의 나노튜브 감지.

본 논문에서는 고성능 TiO₂ 철 이온에 매우 민감한 나노튜브 어레이가 제시됩니다. 첫째, 양극 산화 방법을 채택하여 정렬된 TiO₂를 준비했습니다. 철 이온 감지 기능을 가진 기능화된 Ag NP가 뒤따르는 나노튜브 어레이. 게다가 TiO₂의 스펙트럼은 Ag NP가 있거나 없는 나노튜브를 X선 광전자 분광계로 분석했습니다. 또한 잘 정렬된 TiO₂에서 기능화된 Ag NP를 사용하여 철 이온 감지 양극 스트리핑 전압전류법을 통한 나노튜브 어레이는 TiO₂ 중금속 센서의 큰 잠재력을 검증하기 위해 조사되었습니다. 나노튜브 어레이. 이 방법은 Fe³⁺ 모니터링을 위한 센서 개발의 새로운 가능성을 만듭니다. 샘플 전처리 절차 없이 생물학적 샘플에서.

방법

TiO로 철 이온을 감지하는 원리₂

TiO₂에서 충분한 에너지를 흡수할 때 전자는 밴드갭을 극복하고 가전자대(VB)에서 전도대(CB)로 이동합니다. 나노튜브. 결과적으로 그림 1a에서 설명한 것처럼 VB에 비점유 전자 상태(구멍)가 생기며 이는 양수입니다. 이 과정에서 전자가 VB에서 CB로 여기되면 표면으로 확산되어 전하가 흡착물로 이동하거나 밴드 갭의 전자 트랩 내에 갇힐 수 있습니다. 나노튜브의 표면이 금속 나노입자로 덮인 경우 흡착물과 TiO₂ 사이에서 전하 이동이 발생합니다. 전자 전이 때문에 나노튜브. 이러한 이동을 기반으로 그림 1b 및 Eqs와 같이 전하량 검출 시 금속 나노입자의 양을 알 수 있다. (1)-(3). 이 방정식에서 초과 전하 분포가 전자를 끌어당기는 전위를 정의한다는 것을 알 수 있습니다(O₂ ) 및 전자 공여(H₂ O) 분자에서 O_b로 TiO₂에 금속 입자가 흡착되었을 때의 결손 표면. 따라서 다음 방정식으로 전하 이동량을 측정하여 금속 나노 입자의 농도와 종류를 직접 감지할 수 있습니다[37].

$$ {\mathrm{Ti}}_{(6c)}\ \left[{(4s)}^2{(3d)}^2\ \mathrm{of}\ {\mathrm{Ti}}_{( 6c)}\right]=4\times \left[{\mathrm{O}}_{\left(3\mathrm{C}\right)}\right]+2\times \left[{\mathrm{O }}_{\mathrm{b}\left(2\mathrm{C}\right)}\right] $$ (1) $$ \kern1.5em \left[{(4s)}^2{(3d) }^2\ \mathrm{of}\ {\mathrm{Ti}}_{(6c)}\right]+\left[{\left(1\mathrm{s}\right)}^1\ \mathrm{ of}\ \mathrm{H}\right]=4\times \left[{\mathrm{O}}_{\left(3\mathrm{C}\right)}\right]+1\times \left[ {\mathrm{O}}_{\mathrm{b}\left(2\mathrm{C}\right)}\right]+\left[\mathrm{OH}\right]+{\mathrm{e}} ^{-} $$ (2) $$ {\mathrm{Ti}}_{(5c)}\ \left[{(4s)}^2{(3d)}^2\ \mathrm{전자}\ \ mathrm{of}\ {\mathrm{Ti}}_{(5c)}\right]=5\times \left[{\mathrm{O}}_{\left(3\mathrm{C}\right)} \right] $$ (3) <그림>

아 금속과 TiO₂ 사이의 표면 전하 이동의 개략도 . ㄴ 전하 이동에 의해 유도된 전류의 크기에 따른 금속 이온의 농도 및 종류 결정

스트립핑 전압전류법은 TiO₂ 표면의 금속 농도와 종을 식별하는 데 사용할 수 있습니다. 나노튜브 어레이. 이 방법에서 금속의 농도와 종류에 대한 전류의 의존성은 Eq. (4) [38]:

$$ \Delta {i}_p=\frac{nFA{D}^{1/2}\mathrm{C}}{\sqrt{\pi {t}_m}}\left(\frac{1-\sigma }{1+\sigma}\right) $$ (4)

여기서, σ =exp[(nF /RT )(∆E /2)] 및 N 금속과의 반응에 참여하는 전자의 수입니다. F , A , 디 , C , 그리고 t _m 패러데이 상수, 전극 면적, 확산 계수, 금속 이온 농도, 펄스 폭을 각각 나타냅니다. 이 식에서 전류가 금속 농도에 비례함을 알 수 있습니다.

실험 세부정보

순수 티타늄 시트(20 × 20 × 0.1 mm; 순도 99.9%)를 화학적으로 연마하여 산화층을 제거하고 매끄러운 표면을 생성했습니다. 구체적으로, 40% 농도의 적절한 양의 HF 산을 이온화된 물에 비례적으로(0.5%) 부었다; 그런 다음 티타늄 시트를 미리 준비된 용액에 10 동안 담그고 즉시 꺼내어 질소로 건조시켰다. 다음으로, 아세톤, 무수에틸알코올, 탈이온수로 각각 30 °C에서 12분 동안 초음파 세척하였다. 이 과정에서 처리 전과 후에 각각 0.139 μm와 0.066 μm의 거칠기로 Ti 시트의 표면을 청소하기 위해 아세톤을 주로 사용하였다. 더 높은 평활도를 위해 실험 전에 Ti 시트의 전처리가 필요합니다. 실험 설정은 Ref. [39]. Shimadzu의 AMICUS X-선 광전자 분광계(XPS)는 준비된 TiO₂의 정량적 조성 정의에 사용되었습니다. 나노튜브 어레이.

다양한 크기의 Ag 나노입자(NP)가 TiO₂에 증착되었습니다. 10⁻³ 의 진공 조건에서 60 W의 출력을 갖는 나노튜브 표면(QPrep400, Mantis) 토르. Ag plate의 순도는 99.9999%였습니다.

전기화학적 워크스테이션(CHI660E, Shanghai Chenhua)은 Fe³⁺ 농도를 감지하기 위한 스트립핑 전압전류법 실험을 수행하는 데 사용되었습니다. 이온. 2개의 루프로 구성된 3극 시스템(작업 전극, 기준 전극 및 보조 전극)을 사용하여 작업 전극의 전기화학적 반응 과정을 모니터링하고 화학 반응의 평형을 유지했습니다.

실험에서는 4가지 유형의 Fe³⁺ 10 μg/L, 20 μg/L, 30 μg/L, 40 μg/L 및 50 μg/L의 농도로 염화암모늄에 각각 혼합되었습니다. 검출 시 중성 철이 먼저 TiO₂에 흡착되었습니다. Ti 기판과의 환원 반응 후 Ag 증착이 있거나 없는 나노튜브 표면은 역 바이어스가 적용될 때 재산화됩니다. 스캔 전압 범위는 − 1 V ~ 1 V이며 0.005 V 간격으로 감지할 수 있는 최소 전류는 10⁻⁵ 입니다. A, 검출된 지속시간은 120 초였다. Fe 농도³⁺ 이온은 용출 전류 피크의 전압 의존성으로 평가되었습니다.

결과 및 토론

TiO의 준비 및 특성화₂ 나노튜브 어레이

TiO₂ 글리콜, 2 vol% 물 및 0.3 wt% ammonium fluoride로 구성된 전해질에서 생성된 나노튜브 어레이로 산화 전압은 60 V, 산화 시간은 2 h, 산화 온도는 40 °C, 하소 온도는 500 °C입니다. 최적의 형태와 성능을 가졌습니다[39]. TiO₂의 지형 및 측면 주사 전자 현미경(SEM) 이미지 나노튜브 어레이는 각각 그림 2a, b에 나와 있습니다. 그림 2a에서 TiO₂ 나노튜브 어레이는 50 nm의 평균 직경으로 잘 배열되어 있습니다. 그림 2b에서 나노튜브의 길이는 측정 시 기판과 30°의 상대 경사각으로 약 19.2 μm입니다. 이 결과로부터 Fe³⁺ 와의 접촉면적이 나노튜브 어레이에 대한 이온은 튜브의 길이가 증가함에 따라 분명히 증가할 수 있으며, 이는 검출 감도를 효과적으로 향상시킬 수 있습니다.

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지형(a ) 및 측면 보기(b ) TiO₂의 이미지 각각 나노튜브 어레이

그림 3a–d는 TiO₂의 SEM 이미지를 보여줍니다. 각각 30 s, 35 s, 40 s 및 45 s의 지속 시간을 갖는 Ag 나노 입자 증착이 있는 나노튜브. 그림 3a에서 증착 시간이 30 s일 때 나노튜브 벽에 흡착된 Ag 나노입자의 평균 직경과 피복 두께는 각각 약 10 nm와 5 nm였다. 이러한 결과로부터 나노입자의 크기 분포가 균일함을 알 수 있다. Fig. 3b, c에서 증착시간을 35 s와 40 s로 늘렸을 때 Ag 나노입자의 상태는 점차 클러스터 상태가 되었고 Ag 입자의 직경은 각각 20 nm와 25 nm로 증가하였다. Ag 나노입자의 직경은 TiO₂ 표면을 부분적으로 덮는 클러스터가 될 때까지 더욱 증가했습니다. 증착 시간이 45 s로 증가했을 때의 나노튜브는 그림 3d에 나와 있습니다.

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Ag 나노입자 로딩 TiO₂의 SEM 이미지 (a ) - (d ), 각각

TiO₂의 조성을 확인하기 위해 30 초 동안 Ag 입자 흡착이 있거나 없는 나노튜브 어레이에서 XPS 실험이 수행되었으며 그림 4a-d에 나와 있습니다. 그림 4a에서 Ag의 스펙트럼은 결합 에너지 값이 각각 368.24 eV 및 374.25 eV일 때 3200 및 2400 counts의 강도로 주어졌으며, 이는 Ag의 FWHM(full wave at half maximum)이 약 1임을 보여줍니다. eV. 이 결과로부터 오직 하나의 화학적 상태 Ag⁰ Ag 증착 후 검출되었습니다.

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(a에서 Ag 스펙트럼의 광전자 분광법 ); TiO₂의 분광법 (b에서 Ag 증착이 있거나 없는 나노튜브 ), (ㄷ ) 및 (d ) 각각 XPS로 측정

그림 4b에서 Ag 증착이 있거나 없는 Ti의 스펙트럼이 제공되고 빨간색과 검은색 선으로 표시됩니다. Ag 증착 전 관찰된 Ti의 결합 에너지 값은 459.60 eV 및 465.18 eV였으며 강도는 각각 2250 및 1250카운트였습니다. 대조적으로, Ti의 결합 에너지 값은 458.88 eV 및 464.66 eV였으며, 증착 후 강도가 각각 3250 및 2700 카운트로 증가했습니다. Ag 증착 전 결합 에너지의 차이는 5.58 eV였습니다. 대조적으로, 증착 후 차이는 5.78 eV로 변경되었으며, 이는 대략 0.3 eV만큼 증가했습니다. 게다가, 두 개의 티타늄 피크 이동은 각각 0.72 eV와 0.52 eV였습니다. 이 현상은 Ag NPs의 상호작용에 의해 발생했습니다.

Ag 증착 유무에 관계없이 산소 및 탄소에 대한 스펙트럼에서 유사한 현상이 관찰되었으며, 이는 각각 그림 4c, d에 나와 있습니다. 증착 전 산소의 결합 에너지 값은 530.89 eV 및 533.28 eV였으며 강도는 각각 3500 및 4500카운트였습니다. 이 결과는 산소가 음의 2가 상태(격자 산소)이고 TiO₂로 구성되었음을 보여줍니다. 티타늄으로. 한편, 산소의 결합에너지 값은 530.24 eV였으며, 증착 후 세기는 4900카운트였다. 또한, 결합 에너지의 산소 피크 값인 533.28 eV는 증착 후 소실되었고, 산소 피크 이동은 0.67 eV였다. 이러한 결과는 증착 후 Ag 나노입자와의 반응으로 인해 산소의 상태가 격자형 산소에서 흡착된 산소로 변화되었음을 보여주었다.

그림 4d에서 TiO₂에서 탄소 오염 스펙트럼을 감지했습니다. 각각 빨간색과 검은색 선으로 표시된 Ag 증착이 있거나 없는 나노튜브 어레이. 탄소 오염의 결합 에너지 값은 285.41 eV였으며 광자 수 강도는 증착 전 약 1350 카운트였습니다. 이에 반해 탄소 오염의 결합에너지 값은 284.80 eV로 Ag 증착 후 광자수 세기는 약 1050카운트로 탄소의 결합에너지 및 광자수 값이 0.59 eV, 30% 감소하였다. 각기. 이러한 결과는 Ag 나노입자 증착 후 탄소 오염의 양이 상당히 감소되었음을 나타냅니다. 즉, Ag 나노입자의 증착은 전극의 오염을 감소시킬 뿐만 아니라 전하 이동의 효율을 향상시킬 수 있다. 증착 후 측정된 결합 에너지의 이동은 약 0.8 eV였으며, 이는 주로 탄소 이동으로 인한 것임에 유의해야 합니다.

따라서 TiO₂ Ag NP로 증착된 나노튜브 어레이는 TiO에 비해 전자와 정공의 재결합 속도를 효과적으로 감소시키고 전극의 전도도 및 전하 이동 속도를 증가시킬 수 있습니다.₂ Ag NP가 없는 나노튜브 어레이.

Fe 감지³⁺ Ag NP 증착이 있거나 없는 이온

실험 결과를 얻기 위해 전기화학적 박리 전압전류법을 사용하여 금속 Fe³⁺ 를 검출했습니다. TiO₂가 있는 이온 Ag NP 증착이 없는 나노튜브 어레이. Fe³⁺ 농도 이온은 10 μg/L ~ 50 μg/L 범위 내에서 설정됩니다. Fe³⁺ 일 때 전압에 대한 용해 전류의 의존성 측정 중 인가 전압이 - 0.3 V 미만일 때 용출 전류가 일정하게 유지되어 약 0 A를 유지했습니다.인가 전압이 - 0.3 V ~ - 0.16 범위 내에 있을 때 V, 전류는 급격히 떨어졌고 피크는 대략 - 1.16 × 10⁻⁴ 에서 감소했습니다. A ~ − 1.28 × 10⁻⁴ Fe³⁺ 가 있는 A 이온 농도 증분은 10 μg/L ~ 50 μg/L 범위 내이고 전압 이동은 각각 - 0.18 V ~ - 0.16 V 범위 내입니다. 삽입된 그림은 그림 5와 같이 인가 전압에 대한 전류 피크의 의존성을 보여줍니다. 인가 전압 V> − 0.16 V일 때, 용출 전류는 기하급수적으로 점진적으로 증가하여 - 0.2 × 10^{− 범위에 머물렀습니다. 4} A ~ - 0.4 × 10⁻⁴ A. 이 결과로부터 Fe³⁺ 의 증가에 따라 전류의 피크가 감소함을 알 수 있다. 이온 농도, TiO₂ 나노튜브 어레이는 Fe³⁺ 로 사용할 수 있습니다. 감지 센서.

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Fe³⁺ 감지 시 전압의 용해 전류 의존성 이온

Fe³⁺ 에 대한 그림 5의 전류 피크 의존성 이온 농도(10 μg/L ~ 50 μg/L)도 그림 6에 요약되어 있습니다. 실선은 데이터 피팅이며 합리적인 방식으로 선형성과 일치합니다. 맞춤 결과는 y로 계산할 수 있습니다. =0.00373x + 1.1027, 여기서 y 및 x 각각 전류 및 이온 농도를 나타냅니다. 이 피팅 결과는 검출 가능한 최소 Fe³⁺ TiO₂일 때 이온 농도 Ag NP 증착이 없는 나노튜브 어레이는 37.3 μA/μg/L입니다. Fe³⁺ 의 검출 한계 (δx =(디 /dx )⁻¹ ·(1/다이 )) TiO₂일 때 배열은 선형 범위를 고려하여 15.01 nM이어야 합니다. 자, 디 /dx =37.3 μA/μg/L 및 δy =0.01 μA, M _Fe =56, 각각. 이 결과는 Ref [25]의 결과와 유사합니다. 이 논문에서 A700nm/A520nm의 소광비는 Fe³⁺ 농도에 선형입니다. Fe³⁺ 의 민감한 감지를 수행할 수 있는 40 mM ~ 80 mM 범위 Fe³⁺ 의 현장 및 실시간 검출을 위한 DTC-PASAu NP 기반 UV-가시광 방식의 경우 검출 한계가 14.82 nM인 이온 생물학적 샘플에서 채택됩니다.

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Fe³⁺ 의 현재 피크 의존성 이온 농도

다음으로 Fe³⁺ 의 감도 향상 TiO₂에 대한 농도 검출 Ag 증착이 있는 나노튜브 어레이가 조사되었으며 증착 지속 시간은 각각 30초, 35 및 40초입니다. Fe³⁺ 농도는 10 μg/L로 설정하였으며, 그 결과는 Fig. 7과 같다. 인가전압 V가 - 0.3 V 미만일 때, 용출전류는 거의 일정하게 유지되어 대략 0A였다. 범위 - 0.3 V ~ - 0.2 V, 전류는 약 - 1.35 × 10⁻⁴ 으로 급격히 떨어졌습니다. A, 인가전압이 - 0.2 V보다 크면 용출전류가 기하급수적으로 점진적으로 증가하여 - 0.08 × 10^-4 범위에 머물렀다. A ~ - 0.4 × 10⁻⁴ A. 삽입된 그림은 그림 7과 같이 인가 전압에 대한 전류 피크의 의존성을 보여줍니다. 0 s ~ 40 s 범위 내에서 지속 시간이 있는 Ag NP 증착에 대한 그림 7의 피크 의존성은 다음과 같이 요약됩니다. 그림 8, 실선은 데이터 피팅을 나타냅니다. 전류가 최대값(약 − 1.38 × 10⁻⁴ )에 도달했음을 알 수 있습니다. A) Ag NP의 증착 시간이 30 s일 때. 특히 TiO₂에 Ag가 증착되기 전의 전류값과 비교하여 나노튜브 어레이, 전류 값은 약 − 1.15 × 10⁻⁴ 으로 증가했습니다. A, 즉 Fe³⁺ 의 감도는 TiO₂에서 Ag NP 증착이 발생했을 때 검출이 20% 향상되었습니다. 표면. 또한, 30 s의 증착 지속 시간에서 전류의 최대값은 TiO₂에서 Ag 나노입자의 직경 및 균일한 분포와 직접적인 관련이 있는 것으로 간주되었습니다. 표면. 결과적으로 TiO₂ 나노튜브 어레이는 다른 Fe³⁺ 에 비해 상대적으로 간단한 제조, 높은 감도 및 재현성을 특징으로 합니다. 탐지 방법. 또한, Ag 콜로이드 용액의 색상 변화는 육안으로 구별할 수 있으며 Fe³⁺ 여부를 직접 확인하는 데 사용할 수도 있습니다. 솔루션에 존재하며 이 연구의 강력한 기반이 됩니다. 따라서 잘 정렬된 TiO₂에서 기능화된 Ag NP Fe³⁺ 에 대한 저비용, 고선택성 및 감도 감지 응답을 제공하는 나노튜브 어레이 주변 조건에서 감지 한계가 낮습니다. 특히 Fe³⁺ 의 감도 향상 다른 Fe³⁺ 에서도 감지가 가능합니다. 농도가 다른 용액.

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Fe³⁺ 검출 Ag-loaded TiO₂에 의한 이온 다양한 농도의 나노튜브 어레이

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TiO₂에 Ag 이온 증착 시간 간의 관계 나노튜브 어레이 및 Fe³⁺ 검출 농도 이온

TiO₂의 선택성을 입증하기 위해 -Fe³⁺ 의 Ag NP 이온, 표면 플라즈몬 공명(SPR), UV-가시광선 분광법 등을 사용하는 경우 다른 금속 이온의 존재하에서 경쟁 실험을 수행하였다. 이론적으로 특성 피크 이동은 Fe³⁺ 를 포함하는 금속 이온의 혼합 용액에서만 발생해야 합니다. Eqs. (1)-(4). 다음에는 경쟁 실험에 중점을 둘 것입니다.

결론

TiO₂ UV 검출기, 광촉매 및 염료감응 태양전지에 널리 사용될 뿐만 아니라 초고감도 센서의 중요한 잠재적 응용 분야에도 사용되는 중요한 기능성 소재입니다. 이 논문에서는 잘 정렬된 TiO₂ Fe³⁺ 의 고효율 검출을 위한 전압전류 센서로 Ag 나노입자가 있는 나노튜브 어레이 이온. 처음에는 양극 산화 방법을 채택하여 정렬된 TiO₂를 준비했습니다. 철 이온 감지 기능을 가진 기능화된 Ag NP가 뒤따르는 나노튜브 어레이. 그런 다음 TiO₂의 스펙트럼 Ag NP가 있거나 없는 나노튜브를 XPS로 비교하여 TiO₂의 격자 산소가 나노튜브 어레이는 Ag NP의 상호작용으로 인해 흡착된 산소로 방출되었다. 따라서 나노튜브 어레이에 기능화된 Ag 나노입자를 사용할 때 양극 박리 전압전류법으로 수행된 철 이온 감지를 조사하여 중금속 센서가 될 수 있는 큰 잠재력을 검증했으며, 이는 잘 정렬된 TiO2에 기능화된 Ag 나노입자가 있음을 입증했습니다. Fe³⁺ 에 대한 저비용, 고선택성 및 감도 감지 응답을 제공하는 나노튜브 어레이 주변 조건에서 감지 한계가 낮습니다. 이 방법은 Fe³⁺ 모니터링을 위한 센서 개발의 새로운 가능성을 제시합니다. 샘플 전처리 절차 없이 생물학적 샘플에서.