이중 쉘 CuS 나노케이지: 초고감도 아스코르브산 검출을 위한 향상된 전기촉매

요약

전이 금속 황화물이 전기화학 센싱에서 전망을 보임에도 불구하고, 질량 수송과 전자 전달의 어려움으로 전기촉매 성능이 실용적 응용 요구를 충족하지 못합니다. 본 연구에서는 Cu₂O 템플릿 법으로 이중 쉘 CuS 나노케이지(2-CuS NCs)를 제조해 효소 없는 아스코르브산(AA) 센서에 적용했습니다. 독특한 이중 쉘 중공 구조는 큰 비표면적, 정렬된 확산 채널, 증가된 부피 점유율, 가속된 전자 전달 속도를 나타내 향상된 전기화학 동역학을 보였습니다. AA 센싱 전극으로 2-CuS NCs 변형 글래시 카본 전극(2-CuS NCs/GCE)은 만족스러운 감도(523.7 μA mM⁻¹ cm⁻²), 짧은 응답 시간(0.31 s), 낮은 검출 한계(LOD, 0.15 μM) 등 탁월한 전기촉매 활성을 보였습니다. 2-CuS NCs는 이중 쉘 중공 다공성 구조에서 기인한 탁월한 전기촉매 동역학 덕분에 전기화학 센서에서 AA 분석 센싱에 유망합니다.

배경

AA는 인간 건강을 위한 생물학적 대사에서 핵심 역할을 합니다. AA의 정확하고 빠른 검출은 괴혈병, 설사, 위경련 같은 질병 예방에 도움이 됩니다[1]. AA를 정확하게 검출하는 일련의 방법이 이미 확립되어 있습니다[2-4]. 그중 전기화학 방법은 빠른 반응, 고감도, 간편한 조작, 저비용으로 많은 주목을 받았습니다. 전이 금속 물질은 풍부한 매장량, 다양한 원자가 상태, 활성 레독스 쌍, 검출 종 접근성 등으로 효소 없는 전기화학 센서에서 큰 전망을 보입니다[5, 6]. 전기화학 센서용 활성 물질로 전이 금속 황화물은 전이 금속 수산화물이나 산화물보다 높은 전기 전도성으로 새로운 관심의 대상이 되었습니다[7].

알다시피 전기화학 센서 성능은 전기촉매 특성과 밀접하게 연관됩니다. 구조-활성 이론에 영감받아 독특한 형태와 미세 구조 제어로 고활성 전기촉매를 얻을 수 있습니다[8]. 이에 연구자들은 나노시트, 나노로드, 나노플레이트, 나노큐브, 나노스피어 등 다양한 구조의 전기촉매 물질 합리적 설계에 집중해 왔습니다. 그중 중공 다공성 구조(HPS)는 큰 비표면적과 충분한 활성 자리로 레독스 반응을 제공합니다. 또한 초박막 다공성 쉘은 이온 확산이나 전자 전달 거리를 단축시킵니다[9, 10]. 주목할 점은 준비된 HPS 대부분이 단일 쉘로 구성됩니다. 이러한 단일 쉘 HPS는 일반적으로 낮은 부피 점유율(V_활성물질/V_전체)을 겪으며 전기화학 성능 추가 향상을 제한합니다[11]. 최근 다중 쉘 HPS 제조 시도가 이 문제를 해결하기 위해 제안되었습니다. 예를 들어 Shen 등은 NiCo₂S₄ 볼-인-볼 중공 구조를 합성해 단일 쉘 NiCo₂S₄ 중공 구조(567 F/g at 20 A/g)보다 향상된 705 F/g(20 A/g)의 비축전 용량을 보였습니다[12]. Wang 동료들 보고에 따르면 더 높은 부피 점유율의 이중 쉘 Co₃O₄가 낮은 부피 점유율의 단일 쉘보다 우수한 비용량을 보였습니다[11]. 기존 단순 단일 쉘 대응물과 비교해 더 큰 표면적과 높은 부피 점유율의 다중 쉘 구조는 HPS 장점을 극대화해 활성 물질의 물리/화학적 특성 개선 기회와 탁월한 전기촉매 성능에 기여합니다. 따라서 다중 쉘 중공 구조 설계는 전기화학 센서에서 중요하고 흥미롭습니다.

전이 금속 황화물 중 CuS는 Cu²⁺/Cu³⁺ 효과적 레독스 쌍과 금속 같은 전기 전도성으로 전기화학 센서에 훌륭한 후보입니다[13, 14]. 본 연구에서는 Cu₂O 템플릿 법으로 2-CuS NCs를 합성했습니다. 제조된 2-CuS NCs는 케이지형 구조와 이중 쉘 특징의 결합된 장점을 가지며 큰 비표면적, 바람직한 다공성, 증가된 부피 점유율을 획득했습니다. 예상대로 2-CuS NCs/GCE는 단일 쉘 CuS 나노케이지 변형 GCE(1-CuS NCs/GCE)보다 짧은 응답 시간(0.31 s), 높은 감도(523.7 μA mM⁻¹ cm⁻²), 낮은 LOD(0.15 μM)로 더 높은 전기촉매 활성을 보였습니다.

방법/실험

시약

CuCl₂·2H₂O, Na₂S, Na₂S₂O₃·5H₂O, Na₂HPO₄, 폴리비닐피롤리돈(PVP, Mw=40,000), NaOH는 청두 클롱 시약사에서 구매했습니다. 포도당(Glu.), 도파민(DA), 유당(Lac.), 과당(Fruc.), L-아스코르브산(AA), 요산(UA), 나피온 용액(저지방족 알코올과 물 혼합물 중 5 wt%)은 Sigma-Aldrich에서 구매해 추가 정제 없이 사용했습니다.

Cu₂O 템플릿 제조

Cu₂O 템플릿은 선행 연구[15]에 따라 얻었습니다. 55°C에서 교반 중인 CuCl₂·2H₂O(600 mL, 0.01 M)에 60 mL NaOH 용액(2 M)을 떨어뜨렸습니다. 30분 반응 후 60 mL AA(0.6 M)를 가했습니다. 3시간 후 벽돌색 생성물을 농축 원심분리로 세척 수집한 후 진공에서 40°C로 12시간 건조했습니다.

2-CuS NCs 제조

간단히, 15 mg Cu₂O 템플릿을 물과 알코올 혼합 용액(15 mL, 부피비 1:1)에 분산시키고 충분히 교반했습니다. 0.45 mL Na₂S(0.086 M)를 가했습니다. 황화 반응은 30초 지속되었으며, 이후 Cu₂O@CuS 생성물을 원심분리로 수집했습니다. 다음, Cu₂O@CuS 생성물을 물과 알코올 혼합 용액(1:1) 15 mL에 재분산시키고 3 mL Na₂S₂O₃(1 M)를 가해 1분간 Cu₂O를 에칭했습니다. 2분간 반복 황화 공정 후, Cu₂O 템플릿을 Na₂S₂O₃(1 M)로 1시간 완전히 에칭했습니다. 최종 생성물을 원심분리로 세척 수집하고 진공에서 60°C로 12시간 건조했습니다. 1-CuS NCs 시료는 반복 황화 공정 없이 얻었습니다(추가 파일 1: Figure S1의 FESEM, TEM 이미지 참조).

전기화학 측정

모든 전기화학 측정은 0.1 M 인산염 용액(PBS)에서 전기화학 워크스테이션(μIII Autolab)으로 수행했습니다. 변형된 GCE, Ag/AgCl, Pt 전극을 각각 작업 전극, 기준 전극, 대극으로 사용했습니다. GCE(Φ=3 mm)를 1, 0.5, 0.05 μm 알루미나 슬러리로 연마했습니다. 연마된 GCE를 묽은 HNO₃, 물, 에탄올로 초음파 하에서 순차 세척했습니다. 이후 5 mg 생성물(2-CuS NCs 또는 1-CuS NCs)을 0.9 mL 물과 0.1 mL 나피온 혼합물에 분산시켰습니다. 5 μL 현탁액을 전처리된 GCE에 떨어뜨리고 실온에서 건조했습니다. 변형된 GCE를 각각 2-CuS NCs/GCE, 1-CuS/GCE로 명명했습니다.

기기 및 장비

시료 결정 구조는 X선 회절(XRD, Rigaku D/Max-2400)로 분석했습니다. 조성은 X선 광전자 분광법(XPS, ESCALAB250Xi)으로 C 1s 피크(284.8 eV)를 내부 표준으로 분석했습니다. 형태는 전계방사 주사 전자 현미경(FESEM, SU8020)과 고분해능 투과 전자 현미경(HRTEM, FEIF20)으로 관찰했습니다. 브루나우어-에멧-텔러(BET, Belsort-max)로 비표면적과 기공 구조를 분석했습니다.

결과 및 논의

생성물 특성 분석

2-CuS NCs 합성 공정 개략도는 그림 1에 나와 있습니다. 먼저 Cu₂O 템플릿을 초음파 보조 하에 물과 알코올 혼합 용액(부피비 1:1)에 균일 분산시켰습니다. 황화 공정은 Na₂S에서 방출된 S²⁻ 이온에 의해 구동돼 Cu₂O 템플릿 주위에 얇은 CuS 층이 형성됩니다(반응 1). 이후 S₂O₃²⁻ 이온을 도입해 Cu₂O 에칭이 일어납니다(반응 2). 이는 Cu⁺와 S₂O₃²⁻ 간 부드러운 상호작용 때문입니다[16], 이로 인해 CuS와 Cu₂O 간 간극이 형성됩니다. 이후 위 준비된 Cu₂O@CuS 구조를 2분간 황화해 잔여 Cu₂O 템플릿 주위에 내측 CuS 쉘을 생성했습니다. 마지막으로 S₂O₃²⁻ 이온으로 Cu₂O 템플릿을 1시간 완전히 에칭해 2-CuS NCs를 얻었습니다. Cu₂O 에칭 속도와 CuS 침전 속도의 조율된 제어로 잘 정의된 2-CuS NCs 형성이 이루어졌습니다. 각 단계에서 얻은 생성물 TEM 이미지도 그림 1(삽입 a-d)에 표시되어 있습니다. 관측된 형성 과정이 위 추론 메커니즘과 잘 일치합니다.

$$ {\mathrm{Cu}}_2\mathrm{O}+{\mathrm{S}}^{2-}+{\mathrm{O}}_2+4{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\to 4\mathrm{CuS}+8{\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-} $$ (1) $$ {\mathrm{Cu}}_2\mathrm{O}+{\mathrm{S}}_2{{\mathrm{O}}_3}^{2-}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\to {\left[{\mathrm{Cu}}_2\left({\mathrm{S}}_2{{\mathrm{O}}_3}^{2-}\right)x\right]}^{2-2x}+2{\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-} $$ (2)

2-CuS NCs 합성 공정. 삽입 이미지는 a Cu₂O, b Cu₂O@CuS, c Cu₂O@CuS@CuS, d CuS@CuS 단계별 TEM 이미지

그림 2a에서 최종 생성물의 모든 회절 피크가 PDF#06-0464와 잘 일치하며 Cu₂O 회절 피크는 관측되지 않아 육방정계 CuS 성공적 제조를 입증합니다. 또한 최종 생성물의 화학 조성과 전자 상태 상세 정보는 XPS로 측정했습니다. 서베이 분광법은 Cu 2p와 S 2p 피크를 보여줍니다(그림 2b). 그림 2c에서 931.8 eV와 951.7 eV 두 주 피크는 각각 Cu 2p₃/₂, Cu 2p₁/₂에 할당됩니다. 결합 에너지 분리는 약 20 eV로 CuS 내 Cu²⁺의 전형적 특성입니다[8]. 또한 Cu 2p 스펙트럼에서 944.1 eV와 962.5 eV 두 위성(Sat.) 피크가 관측돼 Cu²⁺ 존재를 추가 입증합니다[17]. S 2p 스펙트럼(그림 2d)에서 160-164 eV 전형적 피크는 161.8 eV와 162.9 eV 두 피크로 피팅되며 S-Cu 특징입니다[8, 18]. 168.9 eV 특성 피크도 금속 황화물 존재를 나타냅니다[19]. XRD와 XPS 데이터 결과는 육방정계 CuS 성공적 제조를 확인합니다.

a 2-CuS NCs와 Cu₂O XRD 패턴. b 생성물 XPS 서베이 스펙트럼. c Cu 2p. d S 2p

추가 파일 1: Figure S2에서 Cu₂O 템플릿은 평균 모서리 길이 약 500 nm의 정교한 입방체 형태를 보입니다. 그림 3a에서 제조된 CuS는 Cu₂O 템플릿의 구조적, 형태적 특징을 정확히 복제했습니다. CuS 쉘은 다공성으로 무작위 조립된 나노입자로 구성됩니다(그림 3b). 그림 3c에서 부서진 입방체는 CuS 생성물의 케이지형 특징과 이중 쉘 구조를 드러냅니다. 내부 CuS NCs는 전극과 전해질 간 접촉 면적을 더 늘려 더 많은 전기화학 활성 자리를 제공해 전기촉매 활성을 향상시킵니다. 2-CuS NCs 상세 구조는 TEM으로 연구했습니다. 그림 3d에서 최종 CuS 생성물은 1-CuS NCs(그림 3d 삽입)와 비교해 전형적인 이중 쉘 케이지형 구조를 보입니다. 주목할 점은 내부 CuS NCs가 중심에 있지 않고 두 케이지 사이에 명백한 간극이 관찰됩니다(그림 3e). 그림 3f에서 외부와 내부 쉘 두께는 각각 약 60 nm, 8 nm입니다. 내부 쉘 두께 감소는 외부 CuS 쉘의 차폐 효과에 기인할 수 있습니다. 그림 3g에서 관측된 0.190 nm, 0.282 nm 두 뚜렷한 격자 무늬는 각각 CuS (110), (103) 결정면(PDF#06-0464)과 일치합니다. 동시에 삽입된 선택 영역 전자 회절 패턴은 2-CuS NCs의 다결정 특징을 드러냅니다. FESEM과 TEM 결과는 2-CuS NCs 성공적 제조를 입증합니다.

a-c 2-CuS NCs FESEM 이미지. TEM 이미지 d-f 2-CuS NCs와 (삽입 d) 1-CuS NCs. g 2-CuS NCs HRTEM 이미지, 삽입은 선택 영역 전자 회절 패턴. N₂ 흡착-탈착 등온선 h 2-CuS NCs, i 1-CuS NCs. 삽입은 해당 기공 크기 분포

다공성 검증을 위해 N₂ 흡착-탈착 등온선과 해당 기공 크기 분포를 그림 3h, i에 기록했습니다. 2-CuS NCs 곡선은 H3 이력 루프를 가진 4형 등온선으로 메조포어 존재를 시사합니다[20]. 2-CuS NCs 기공 크기 분포(그림 3h 삽입)는 2.4-18.5 nm 범위로 메조포러스 특징을 추가 확인합니다. 특히 2-CuS NCs와 1-CuS NCs 기공 부피는 각각 0.045 cm³/g, 0.011 cm³/g로 추정되었습니다. 메조포어는 이온 확산 적합 채널로 전기촉매 반응 중 원활한 질량 수송에 핵심 역할을 합니다[21]. 또한 2-CuS NCs 비표면적(28.3 m²/g)은 1-CuS NCs(10.03 m²/g)보다 훨씬 큽니다. 게다가 2-CuS NCs는 기존 보고된 CuS 물질(나노시트[22], 나노플레이트[23], 나노플라워[24], 나노스피어[25])보다 큰 비표면적을 가집니다. 일반적으로 높은 기공 부피와 큰 비표면적은 반응물 분자의 2-CuS NCs 내부 쉘 접근성을 높여 전기촉매 활성을 향상시킵니다.

2-CuS NCs/GCE 전기화학 성능

순환 전압법(CV)으로 2-CuS NCs/GCE의 AA 전기촉매 활성을 연구했습니다. 그림 4a는 50 μM AA 부재/존재 시 베어 GCE, 1-CuS NCs/GCE, 2-CuS NCs/GCE CV 곡선입니다. 베어 GCE는 작은 배경 전류를 보인 반면 변형 GCE는 베어 GCE보다 훨씬 좋은 전도성을 보였습니다. 50 μM AA 첨가 후 베어 GCE에서는 극히 약한 전류 응답만 관측되었습니다(추가 파일 1: Figure S3). 그러나 다른 두 전극에서는 명확한 전류 응답이 관찰되었습니다. 주목할 점은 2-CuS NCs/GCE가 1-CuS NCs/GCE보다 높은 전류 응답을 보여 더 높은 전기촉매 활성을 가짐을 나타냅니다. Cu²⁺/Cu³⁺ 활성 레독스 쌍이 AA 산화에 핵심 역할을 합니다[14], 2-CuS NCs/GCE 상 촉매 메커니즘은 그림 4b에서 논의합니다. 먼저 Cu가 Cu²⁺→Cu³⁺ 초기 전환으로 높은 산화 상태가 됩니다. 이후 2-CuS NCs/GCE 표면에 농축된 AA 분자가 Cu³⁺에 의해 디하이드로아스코르브산으로 산화되며, Cu³⁺는 AA로부터 전자를 얻어 저원자가 상태 Cu²⁺로 환원됩니다.

a 50 mV/s에서 2-CuS NCs/GCE, 1-CuS NCs, 베어 GCE CV 곡선. b 2-CuS NCs/GCE 상 AA 산화 촉매 메커니즘. c 2-CuS NCs/GCE와 1-CuS NCs/GCE 나이퀴스트 플롯. d 25 μM AA에 대한 i-t 응답

동역학적 이점을 연구하기 위해 전기화학 임피던스 분광법(EIS)을 기록했습니다. 그림 4c에서 나이퀴스트 플롯은 고주파 반원 부분과 저주파 선형 부분으로 구성됩니다. 반원은 전자 전달 저항에 해당하며, 선형 부분은 이온 확산 저항과 관련됩니다. 분명히 2-CuS NCs/GCE가 1-CuS NCs/GCE보다 작은 반원을 보여 더 낮은 전자 전달 저항을 가집니다. 낮은 전자 전달 저항은 이중 쉘 구조가 제공하는 높은 전자 수집 효율과 향상된 전자 전달 속도에 기인합니다. 주목할 점은 2-CuS NCs/GCE의 저주파 영역 허수축 방향 기울기가 준수직으로, 쉘 다공성 향상과 내부 공동에서 기인한 낮은 이온 확산 저항을 나타냅니다[18, 26].

추가 파일 1: Figure S4에서 2-CuS NCs/GCE CV에 대한 주사 속도 효과를 기록했습니다. 레독스 피크 전류가 주사 속도 제곱근에 선형적으로 변해(삽입), 2-CuS NCs/GCE 표면에서 확산 제어 과정을 나타냅니다[27]. 추가 파일 1: Figure S5a, S5b는 0.25 V에서 0 mM, 0.5 mM AA에 대한 1-CuS NCs/GCE와 2-CuS NCs/GCE 크로노암페로메트리(CA) 응답을 보여줍니다. 정적 AA 용액에서 전위 인가 시 높은 농도 기울기로 큰 확산 전류가 발생합니다. 이후 농도 기울기 감소에 따라 확산 전류가 점차 감소합니다. 최종적으로 용액에서 전극으로 AA 안정적 확산으로 안정된 확산 전류가 유지됩니다. AA 확산 계수(D)는 코트렐 식[28]으로 계산 가능합니다:

$$ I\mathrm{cat}=\mathrm{nF}A{D}^{1/2}C0{\pi}^{-1/2}{t}^{-1/2} $$ (3)

여기서 I_cat은 0.5 mM AA 전극 전류, n은 전자 전달 수, F는 패러데이 상수, A는 전극 면적, C₀는 기질 농도, D는 확산 계수, t는 경과 시간입니다. 추가 파일 1: Figure S5c는 CA 곡선에 따른 I_cat 대 t⁻¹/² 플롯입니다. 따라서 2-CuS NCs/GCE D 값은 2.77 × 10⁻⁵ cm²/s로 계산되며, 이는 1-CuS NCs/GCE(4.16 × 10⁻⁷ cm²/s)보다 큽니다. AA 산화 촉매 속도 상수(K_cat)는 다음 식으로 계산 가능합니다:

$$ {I}_{\mathrm{cat}}/{I}_L={\left(\pi {k}_{\mathrm{cat}}{C}_{0t}\right)}^{1/2} $$ (4)

여기서 I_cat, I_L은 각각 0.5 mM, 0 mM AA 전극 확산 전류. C₀는 기질 농도, t는 경과 시간. 추가 파일 1: Figure S5d에 따라 K_cat 값은 0.08 × 10³ M⁻¹s⁻¹로 추정되며, 1-CuS NCs/GCE(0.02 × 10³ M⁻¹s⁻¹)보다 큽니다. 일반적으로 높은 D와 K_cat 값은 더 높은 전기촉매 활성으로 이어집니다.

AA 검출

최적 작동 전위 획득을 위해 서로 다른 전위에서 i-t 곡선을 모았습니다(그림 4d). 분명히 0.25 V에서 전류 응답이 0.2 V보다 높았고, 0.25 V에서 농도-응답 전류 관계가 0.3 V보다 더 좋은 선형성을 보였습니다(그림 4d 삽입). 또한 더 양의 전위에서 AA 산화에 대한 심각한 간섭이 쉽게 발생하므로 0.25 V를 최적 작동 전위로 선정했습니다. 그림 5a에서 2-CuS NCs/GCE가 1-CuS/GCE보다 우수한 암페로메트릭 응답을 보입니다. 전해질에 AA 첨가 시 2-CuS NCs/GCE는 0.31초 내, 1-CuS NCs/GCE는 0.46초 내 정상 상태 전류 95%에 도달했습니다(그림 5b). 이는 2-CuS NCs/GCE가 AA에 더 빠른 응답을 가짐을 시사합니다. 그림 5c에서 응답 전류는 5-1200 μM AA 농도 범위에서 선형 증가했으며, 회귀식은 I(μA)=0.037C(μM)+0.06(R²=0.996)입니다. 감도는 523.7 μA mM⁻¹ cm⁻²로 계산되었으며, 이는 1-CuS/GCE(324.4 μA mM⁻¹ cm⁻²)보다 높습니다. 또한 2-CuS NCs/GCE는 신호대잡음비 3에서 0.15 μM 낮은 LOD를 보였습니다. 2-CuS NCs 향상된 전기촉매 성능은 두 중공 구조 결합에 기인합니다(그림 5d). (1) 더 큰 표면적과 더 많은 활성 자리 획득으로 레독스 반응 개선. 이는 BET 분석으로 입증; (2) 더 큰 부피 점유율과 충분한 메조포어가 이중 쉘 케이지형 구조 활용 효과적 촉진; (3) 2-CuS NCs 두 얇은 쉘이 촉매 전자 전달 속도 가속, 위 EIS 분석으로 확인. 기존 문헌과 비교해 2-CuS NCs/GCE는 높은 감도와 낮은 LOD 등 우수한 전기화학 성능을 보입니다(표 1)[29-35]. 이는 2-CuS NCs가 AA 분석 센싱에 이상적임을 입증합니다.

a 서로 다른 작동 전위 i-t 응답. b 0.25 V에서 2-CuS NCs/GCE와 1-CuS NCs/GCE i-t 응답. c b 해당 캘리브레이션 플롯. d 2-CuS NCs 동역학적 장점 그림

2-CuS NCs/GCE 선택성, 재현성, 안정성

선택성, 재현성, 안정성도 AA 전기화학 센싱에서 매우 중요합니다. i-t 측정 중 일반적인 간섭 물질을 주입해 선택성 평가했습니다. 그림 6a에서 유의미한 간섭 전류가 관측되지 않아 초고감도 선택성을 나타냅니다. 또한 두 번째 AA 첨가 시 응답 전류가 첫 주입의 91%를 유지했습니다. 응답 전류 감쇠는 전극에 미량 간섭 물질이나 중간 생성물 흡착에 기인할 것입니다. 그림 6b에서 5개 서로 다른 전극의 100 μM AA 응답 전류 기록, 상대 표준 편차(RSD) 3.6%로 양호한 재현성 나타냅니다. 장기 안정성 측면에서 1000초 장시간 동안 전류 응답 15%만 손실되었습니다(그림 6c). 그림 6d에서 2-CuS NCs/GCE 응답 전류가 15일 후 초기 값 91.2% 유지되었습니다. 또한 2-CuS NCs는 테스트 후에도 입방체 구조 유지(삽입)해 탁월한 안정성 입증했습니다. 우수한 안정성은 이중 쉘 고다공성 특징이 전기화학 테스트 중 부피 팽창 관련 구조 응력 완화에 기인합니다.

a 서로 다른 물질 연속 첨가 2-CuS NCs/GCE CA. b 100 μM AA에 대한 5개 2-CuS NCs 전극 전류 응답. c 운전 시간 따른 2-CuS NCs/GCE 안정성. d 2-CuS NCs/GCE 장기 안정성. 삽입은 전기화학 검출 전후 2-CuS NCs/GCE FESEM 이미지

결론

요약하면 효소 없는 AA 전기화학 센서에서 2-CuS NCs 제조와 적용에 성공했습니다. CuS NCs 최적화된 이중 쉘 케이지형 구조는 큰 비표면적, 증가된 부피 점유율, 충분한 확산 채널, 제한된 전자 전달 경로를 제공해 탁월한 전기촉매 활성을 이끌었습니다. 독특한 구조로 2-CuS NCs/GCE는 짧은 응답 시간(0.31 s), 높은 감도(523.7 μA mM⁻¹ cm⁻²), 낮은 LOD(0.15 μM), 합리적 선택성, 허용 가능한 재현성을 AA에 대해 보였습니다. 전반적으로 2-CuS NCs는 AA 전기화학 센싱용 효과적 전기촉매로 유망합니다.

데이터 및 재료 가용성

데이터셋은 제한 없이 이용 가능합니다.

약어

1-CuS NCs:

단일 쉘 CuS 나노케이지

2-CuS NCs:

이중 쉘 CuS 나노케이지

AA:

아스코르브산

AA:

L-아스코르브산

BET:

브루나우어-에멧-텔러

CA:

크로노암페로메트리

CV:

순환 전압법

DA:

도파민

EIS:

전기화학 임피던스 분광법

FESEM:

전계방사 주사 전자 현미경

Fruc:

과당

GCE:

글래시 카본 전극

Glu:

포도당

HRTEM:

고분해능 투과 전자 현미경

Lac:

유당

LOD:

검출 한계

PBS:

인산염 용액

Sat.:

위성

UA:

요산

XPS:

X선 광전자 분광법

XRD:

X선 회절