Festkörper-Heizsynthese von Poly(3,4-Ethylendioxythiophen)/Gold/Graphen-Komposit und seine Anwendung für die amperometrische Bestimmung von Nitrit und Iodat

Hintergrund

Nitrit (NO₂ ⁻ ) ist in Umwelt-, Nahrungsmittel- und landwirtschaftlichen Produkten allgegenwärtig, von dem erkannt wurde, dass es in physiologischen Systemen existiert, wenn Verbindungen NO₂ . enthalten ⁻ [1, 2]. NEIN₂ ⁻ können mit Aminen zu krebserregenden Nitrosaminen reagieren, und die kontinuierliche Aufnahme dieser Ionen kann schädlich für die Gesundheit von Mensch und Tier sein [3,4,5]. Auch mit der anderen Ionenpresse in der Nähe unseres täglichen Lebens, Jodat (IO₃ ⁻ ), dem Jodsalz, gilt als die erfolgreichste Strategie zur Vorbeugung von Jodmangelerkrankungen. Jedoch ein Überschuss von IO₃ ⁻ können Kropf und Hypothyreose sowie Hyperthyreose hervorrufen [6, 7]. Daher wurden viele Techniken für NO₂ . entwickelt ⁻ und IO₃ ⁻ Detektion [8], einschließlich spektroskopischer [9], chromatographischer [10], Chemilumineszenz [11], elektrochemischer [12,13,14,15] und Kapillarelektrophoresemethoden [16]. Unter diesen ist das elektrochemische Verfahren aufgrund seiner hohen Empfindlichkeit, Einfachheit, Schnelligkeit und geringen Kosten weit verbreitet. Im Allgemeinen sind die Elektroden mit nanostrukturiertem Metall (wie Pt, Au), Metalloxid (wie WO₃ .) modifiziert , RuO₂ ) und Kohlenstoff-Nanomaterialien, und die für die Entwicklung effektiver elektrochemischer Sensoren umfassend untersucht wurden [17,18,19,20]. Unter ihnen haben Au-Nanopartikel breite Anwendungsmöglichkeiten im Bereich elektrochemischer Sensoren mit ihrer idealen katalytischen Aktivität, Empfindlichkeit, Biokompatibilität, grenzflächendominierten Eigenschaften, ausgezeichneter Leitfähigkeit und hohem Signal-Rausch-Verhältnis. Hohe Kosten, schlechte Selektivität und Instabilität von Au machen es jedoch für praktische Anwendungen ungeeignet [21].

Kürzlich wurden die leitfähigen Polymer/Gold-Hybridmaterialien intensiv untersucht, um neuartige Verbundmaterialien mit synergetischem oder komplementärem Verhalten zu erhalten [22, 23]. Als einer der typischen und wichtigen Bestandteile leitfähiger Polymere hat Poly(3,4-ethylendioxythiophen) (PEDOT) breite Anwendungen im Bereich von Displays, intelligenten Fenstern, Sensoren, Kondensatoren, Batterien und Photovoltaik-Geräten [24,25,26 ]. Im Allgemeinen konnte in chemisch synthetisierten PEDOT/Au-Kompositen die elektrokatalytische Leistung des Komposits durch Au-S(Thiophen)-Wechselwirkungen und die Aktivierung der Metallionenkoordination verbessert werden [27, 28]. Und es wurden viele Berichte über die Herstellung von binären PEDOT/Au-Kompositen veröffentlicht [29, 30].

In den letzten Jahren konzentrierten sich die meisten Forschungen auf die Herstellung von ternären Verbundwerkstoffen auf Graphen/leitfähigem Polymer, da Kohlenstoffmaterialien auf Graphenbasis eine große Oberfläche, einzigartige elektronische Transporteigenschaften, hohe elektrokatalytische Aktivität und gute chemische Stabilität aufweisen [31, 32 ]. Diese einzigartigen Eigenschaften von Kohlenstoffmaterialien auf Graphenbasis verleihen den Verbundwerkstoffen möglicherweise einzigartige chemische Strukturen und eine bessere Leistung [33].

Yaoet al. synthetisierte einen PANI/MWNTs/Au-Verbundsensor zum Nachweis von NO₂ ⁻ , und die aktuelle Reaktion betrug etwa 2,8 μA für 10 μM NO₂ ⁻ [34]. Xueet al. stellten ein ternäres Nanokomposit aus Goldnanopartikeln/Polypyrrol/Graphen auf einfachen nasschemischen Wegen her und stellten fest, dass Komposite wie hergestellt eine gute elektrokatalytische Aktivität gegenüber Glucose mit ihrer hohen Empfindlichkeit aufweisen [35]. In diesem Fall wird die Erforschung der Herstellung, Struktur und Eigenschaften von Graphen-basierten ternären Nanokompositen sehr interessant und herausfordernd im Bereich der Sensorik. Die konventionelle chemische und elektrochemische Technik für ternäre Nanokomposite ist jedoch normalerweise kompliziert und langwierig. Daher sind kostengünstige, klare, umweltfreundliche, einfache und hocheffiziente Synthesemethoden wünschenswert.

Hier berichten wir über die Herstellung eines ternären Verbunds (PEDOT/Au/GO) aus Poly(3,4-ethylendioxythiophen), Goldnanopartikeln und Graphen für einen vielversprechenden elektrochemischen Sensor durch Festkörperheizmethode. Zum Vergleich wurden auch das reine PEDOT und das binäre Komposit (PEDOT/Au) auf ähnliche Weise synthetisiert. Die Komposite PEDOT/Au/GO und PEDOT/Au wurden für die elektrochemisch sensitive Bestimmung von Jodat verwendet. Und der PEDOT/Au/GO-Verbund wurde ausgewählt, um seine potenzielle Anwendung als elektrochemischer Sensor zum Nachweis von Nitrit und Jodat auf der Grundlage systematischer Studien zur amperometrischen Bestimmung von Nitrit und Jodat zu bewerten.

Experimentell

Chemikalien und Reagenzien

3,4-Ethylendioxythiophen (EDOT) wurde von Shanghai Aladdin Reagent Company (China) bezogen und durch Destillation unter vermindertem Druck gereinigt und vor der Verwendung in einem Kühlschrank gelagert. Chlorgoldsäure hydratisiert (HAuCl₄ ·4H₂ O) wurde von Shanghai Aladdin Reagent Company (China) bezogen. Graphen (GO) wurde von Strem Chemicals Inc. (USA) bezogen. Alle anderen Reagenzien waren von analytischer Qualität und wurden wie geliefert ohne weitere Reinigung verwendet. 2,5-Dibrom-3,4-ethylendioxythiophen wurde gemäß dem vorherigen Bericht synthetisiert [36].

Synthese der PEDOT/Au/GO- und PEDOT/Au-Verbundstoffe

Vor der Synthese von Kompositen wurde die Au-Nanopartikel-Sollösung vorab hergestellt. Die Au-Nanopartikel-Sol-Lösung wurde durch Reduktion von HAuCl₄ . hergestellt mit NaBH₄ als Reduktionsmittel. Eine typische Zubereitung einer Au-Nanopartikel-Sollösung war wie folgt:60 mg HAuCl₄ ·3H₂ O wurde zu 100 ml Wasser hinzugefügt, um HAuCl₄ . herzustellen Lösung. Insgesamt 3,4 ml wässrige Lösung von Na₃ C₆ H₅ O₇ (1%) wurde dann zu den 40 ml HAuCl₄ . gegeben Lösung unter kräftigem Rühren für 10 Minuten. 1,2 mg NaBH₄ wurde dann schnell zugegeben und die Farbe der Lösung wurde sofort violett.

Eine typische Festkörper-Heizsynthese von PEDOT/Au/GO-Komposit war wie folgt (Abb. 1):eine Mischung aus 0,5 g (2 mmol) Monomer (2,5-Dibrom-3,4-Thylendioxythiophen) und 10 mg GO in 30 ml Chloroform wurden 30 Minuten lang mit Ultraschall behandelt, um die Adsorption des Monomers an der Oberfläche von GO zu erleichtern. Anschließend ließ man das Chloroform verdampfen. Der Rückstand wurde in einen Mörser gegeben, gefolgt von einem konstanten Mahlen für 5 Minuten. Dann wurde die Mischung zu der Au-Nanopartikel-Sollösung gegeben und 10 Minuten gerührt. Die Mischung wurde dann filtriert und mit destilliertem Wasser gewaschen, zuletzt in einem Vakuumofen bei 60 °C für 24 h aufbewahrt. Das erhaltene Produkt wurde als PEDOT/Au/GO-Verbundstoff bezeichnet.

Schematische Darstellung des Entstehungsprozesses des PEDOT/Au/GO

Zum Vergleich wurden auch das binäre Komposit (PEDOT/Au) und das reine PEDOT auf ähnliche Weise synthetisiert.

Strukturcharakterisierung

Fourier-Transformations-Infrarot-(FTIR)-Spektren der Proben wurden auf einem BRUKER-QEUINOX-55 FTIR-Spektrometer unter Verwendung von KBr-Pellets aufgezeichnet. UV-Vis-Spektren der Proben wurden auf einem UV-Vis-Spektrophotometer (UV4802, Unico, USA) aufgenommen. Die Proben für TEM-Messungen wurden durch Aufbringen einiger Tropfen der Ethanolsuspension des Produkts auf Kupferträger hergestellt und auf einem Hitachi 2600-Elektronenmikroskop durchgeführt. Der Elementgehalt der Probe wurde durch energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDS) charakterisiert, die an einem Leo1430VP-Mikroskop mit einer Betriebsspannung von 5 kV aufgenommen wurde. EDX-Experimente wurden mit einem Pellet durchgeführt, das bei 200 MPa gepresst und dann auf Kupferplatten geklebt wurde.

Messung der elektrokatalytischen Aktivität

Zyklische Voltammetrie (CV) und amperometrische i –t -Kurve wurden an der elektrochemischen Workstation CHI 660C (ChenHua Instruments Co., Shanghai, China) durchgeführt. Ein Drei-Elektroden-System wurde verwendet, um die elektrochemische Leistung von Verbundwerkstoffen zu untersuchen. Als Gegenelektrode wurde eine Pt-Elektrode und als Referenzelektrode eine gesättigte Kalomelelektrode (SCE) verwendet. Als Arbeitselektrode wurde PEDOT/Au/GO-modifiziertes GCE (Glaskohlenstoffelektrode; Durchmesser = 3 mm) verwendet. Die Arbeitselektrode wurde hergestellt, indem 5 μl einer 30 mg/l PEDOT/Au/GO-Verbundsuspension (der PEDOT/Au/GO-Verbundstoff wurde in Wasser dispergiert, um eine Suspension (30 mg/l) zu erzeugen) auf einer blanken GCE-Oberfläche platziert wurde und 10 Minuten luftgetrocknet. Alle Experimente wurden bei Umgebungstemperatur und Luftatmosphäre durchgeführt.

Ergebnisse und Diskussion

Abbildung 2a zeigt die FTIR-Spektren von PEDOT, PEDOT/Au und PEDOT/Au/GO. Wie in Abb. 2a zu sehen ist, ähnelt das Spektrum von PEDOT/Au/GO- und PEDOT/Au-Verbundstoffen dem von reinem PEDOT, was auf eine erfolgreiche Polymerbildung im Verbund hinweist. Die beiden Bänder erscheinen bei ~ 1514 und ~ 1324 cm ⁻¹ werden dem asymmetrischen Streckmodus von C=C bzw. dem Inter-Ring-Streckmodus von C–C zugeordnet. Die Bänder erscheinen bei ~ 1198, ~ 1140 und ~ 1084 cm ⁻¹ werden der C–O–C-Biegeschwingung in Ethylendioxy zugeschrieben. Diese Ergebnisse stimmen gut mit den früher berichteten FTIR-Spektren von PEDOT überein [37]. Obwohl die Spektren von PEDOT/Au/GO- und PEDOT/Au-Verbundwerkstoffen denen von reinem PEDOT ähnlich sind, treten mehrere Diskrepanzen zwischen reinem PEDOT und Verbundwerkstoffen auf. Laut dem vorherigen Bericht kann der Polymerisationsgrad von Polythiophen aus dem Integrationsverhältnis der Infrarotbanden bei 690 und 830 cm ^–1 . bewertet werden [38, 39], und der höhere Polymerisationsgrad kann aus einem relativ niedrigeren Wert dieses Intensitätsverhältnisses resultieren. Daher kann aus Abb. 2a abgeleitet werden, dass der Polymerisationsgrad von PEDOT/Au/GO, PEDOT/Au und PEDOT in der Reihenfolge PEDOT/Au/GO> PEDOT/Au> PEDOT liegt, was darauf hindeutet, dass PEDOT /Au/GO hat einen höheren Polymerisationsgrad als PEDOT/Au und PEDOT. Darüber hinaus weist dieses Ergebnis darauf hin, dass die Anwesenheit von GO im Reaktionsmedium eine positive Rolle bei der Erhöhung des Polymerisationsgrades von PEDOT in der Verbundmatrix spielen kann.

FTIR (a ) und UV-Vis (b ) Spektren von PEDOT, PEDOT/Au und PEDOT/Au/GO

Abbildung 2b zeigt die UV-Vis-Absorptionsspektren von PEDOT, PEDOT/Au und PEDOT/Au/GO. Wie in Abb. 2b gezeigt, zeigt der PEDOT einen breiten Absorptionspeak, der bei ~ 500 nm beginnt und sich in den nahen Infrarotbereich erstreckt. Dieses Absorptionsmerkmal, bekannt als „freier Trägerschwanz“, korreliert mit der Leitfähigkeit der Polymere. Es wurde gezeigt, dass das Vorhandensein dieses Absorptionspeaks dem Polymer mit einer längeren Konjugationslänge und einer größeren Ordnung entspricht, was eine größere Mobilität der Ladungsträger ermöglicht [40, 41]. Im Fall von Verbundwerkstoffen zeigt PEDOT/Au ein ähnliches Absorptionsmerkmal wie PEDOT, während PEDOT/Au/GO einen Absorptionspeak (π-π*-Übergang) bei ~ 500 nm zusammen mit einem freien Trägerschwanz zeigt, der sich in . erstreckt im nahen Infrarotbereich [37, 40, 42]. Dieses Phänomen impliziert ferner, dass es eine starke Wechselwirkung zwischen den aromatischen Regionen des nicht-kovalenten Graphens und den chinoiden Ringen von PEDOT gibt [43, 44].

Abbildung 3 zeigt die Transmissionselektronenmikroskopie(TEM)-Bilder von PEDOT, PEDOT/Au und PEDOT/Au/GO. Wie in Abb. 3a, b dargestellt, weist reines PEDOT eine schieferartige Morphologie mit Schichtstruktur auf, während das PEDOT/Au-Komposit eine körnige Morphologiemischung aus PEDOT und Au-Nanopartikeln mit einer durchschnittlichen Größe von 50 nm aufwies. Im Fall des PEDOT/Au/GO-Verbundwerkstoffs (Abb. 3c) zeigt sich jedoch, dass der Verbundwerkstoff eine schieferartige Morphologie mit einer gleichmäßigen Verteilung von Goldnanopartikeln (dunkel schattierte Nanopartikel) aufwies. Darüber hinaus ist die schieferartige Morphologie des PEDOT/Au/GO-Verbundmaterials aus hell- und dunkelschattierten Schichtstrukturen aufgebaut, die dem GO bzw. PEDOT zugeschrieben werden können. Diese Ergebnisse implizieren, dass die GO- und Au-Nanopartikel nicht einfach mit dem PEDOT vermischt oder vermischt werden, was darauf hindeutet, dass die GO- und Au-Nanopartikel (durchschnittliche Größe 10–15 nm) in eine Verbundmatrix eingebettet sind. Diese gleichmäßige Verteilung von GO- und Au-Nanopartikeln im Komposit könnte mit der schieferartigen Morphologie von PEDOT zusammenhängen, die eine gewisse Möglichkeit zur Bildung lamellarer Strukturen durch den Einbau von PEDOT und GO mit sich bringen kann, und führt zu einer großen Oberfläche für gleichmäßig verteilte Au-Nanopartikel .

TEM-Bilder von a PEDOT, b PEDOT/Au und c PEDOT/Au/GO

Abbildung 4a zeigt die XRD-Muster von PEDOT, PEDOT/Au und PEDOT/Au/GO. Um den Elementprozentsatz von Au zu untersuchen, sind in Abb. 4b außerdem energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX) von PEDOT, PEDOT/Au und PEDOT/Au/GO gezeigt. Wie in Abb. 4a dargestellt, zeigen PEDOT, PEDOT/Au und PEDOT/Au/GO breite Beugungspeaks mit geringer Intensität bei 2θ ~25,9°, was dem intermolekularen Abstand des Polymerrückgrats oder der (020)-Reflexion zugeordnet werden kann [45]. Darüber hinaus zeigt der Verbund einen scharfen Beugungspeak bei 2θ ~26°, was auf die Existenz von GO in Kompositen hinweist [46]. Im Fall von PEDOT/Au/GO-Komposit ist der charakteristische Beugungspeak von PEDOT (2θ ~25.9°) überlappt sich mit der von GO (2θ ~26,6°). Das XRD-Muster des Komposits zeigt, dass das Vorhandensein charakteristischer Beugungspeaks von Au (vier Peaks mit geringer Intensität bei 2θ Werte von 37,9° und 43,7°), die den Bragg-Reflexen von den (111)- und (200)-Ebenen von Au [47] entsprechen, was auf den erfolgreichen Einbau von Au in den Verbund hindeutet, der mit dem Ergebnis von EDX übereinstimmt ( Abb. 4b) von PEDOT/Au (Anwesenheit von 1,92 Gew.-% Au). Es gibt jedoch keinen offensichtlichen Beugungspeak für Au in PEDOT/Au/GO, der nicht mit dem Ergebnis von EDX (Abb. 4b) von PEDOT/Au/GO (Anwesenheit von 1,71 Gew.-% Au) übereinstimmt. Dies kann auf die geringe Partikelgröße und die hohe Dispersion von Au-Nanopartikeln im PEDOT/Au/GO-Verbundwerkstoff zurückgeführt werden, und dieses Phänomen ähnelt der Beobachtung in Au/Zn-Nanokomposit, der keinen Beugungspeak für Au-Nanopartikel zeigte [47] .

XRD (a ) und EDX (b ) von PEDOT, PEDOT/Au und PEDOT/Au/GO

Die thermogravimetrische Analyse von PEDOT, PEDOT/Au und PEDOT/Au/GO ist in Abb. 5 dargestellt. Es ist klar, dass diese Proben einem dreistufigen Gewichtsverlustverhalten unterliegen. Der Gewichtsverlust im ersten Schritt bei 40–104 °C ist auf den Verlust von Spuren von eingeschlossenem Wasser oder Feuchtigkeit aus der Polymerkette zurückzuführen. Die Gewichtsverluste der zweiten Stufe treten bei 112 bis 323 °C mit einem Gewichtsverlust von 24,78 % (PEDOT), 24,33 % (PEDOT/Au) bzw. 19,17 % (PEDOT/Au/GO) auf. Dies ist auf den Verlust an Polymer mit niedrigem Molekulargewicht zurückzuführen. Im dritten Schritt wird das Polymer nach 323 °C abgebaut. Dieses Ergebnis weist darauf hin, dass Polymer bis zu 323 °C stabil ist. Und weisen Restgewichtsprozentsätze von 20,8 % (PEDOT), 29,1 % (PEDOT/Au) und 36,5 % (PEDOT/Au/GO) nach 800 °C auf. Diese Ergebnisse legen nahe, dass die Anwesenheit von Au und GO die Thermostabilität der Komposite verbessern kann.

TGA-Kurven von PEDOT, PEDOT/Au und PEDOT/Au/GO

Um die potenzielle Anwendung von PEDOT/Au/GO- und PEDOT/Au-Kompositen als elektrochemischer Sensor zu bewerten, wurde das Jodat (IO₃ ⁻ ) wird als Testspezies für elektrochemische Experimente ausgewählt. Abbildung 6 zeigt zyklische Voltammogramme von PEDOT/Au/GO- und PEDOT/Au-Kompositen in 0,1 M H₂ SO₄ Lösung mit 5 mM Jodat. Wie in Abb. 6 gezeigt, gibt es weder bei der PEDOT/Au/GO (PEDOT/Au/GO/GCE) als auch bei der PEDOT/Au-modifizierten Glaskohlenstoffelektrode (PEDOT/Au/GCE) ohne Zugabe . keinen Oxidations-/Reduktionspeak IO₃ ⁻ . Wenn die IO₃ ⁻ hinzugefügt wird, zeigen beide Verbundstoffe einige Oxidations-/Reduktionspeaks und der Reduktionspeakstromwert ist höher als der jeweilige Oxidationspeak, der aus der Reduktion von IO₃ . resultiert ⁻ zu I ⁻ [48]. Darüber hinaus tritt die höchste Reduktionsstromstärke im Fall von PEDOT/Au/GO/GCE auf, was darauf hindeutet, dass PEDOT/Au/GO/GCE eine erhöhte elektrochemische katalytische Aktivität aufweist als PEDOT/Au/GO.

Zyklische Voltammogramme von PEDOT/Au/GO/GCE und PEDOT/Au/GCE in 0,1 M H2SO4-Lösung mit 5 mM Jodat

Abbildung 7 zeigt zyklische Voltammogramme von PEDOT/Au/GO/GCE in 0,025 M PBS-Lösung (pH = 6,86), die Nitrit enthält (Fig. 7a und 0,1 M H₂ .). SO₄ jodathaltige Lösung (Abb. 7b). Der Spitzenstrom steigt mit der Erhöhung der Nitritkonzentration (3 bis 15 mM) bzw. der Jodatkonzentration (2 bis 20 mM). Wie in Abb. 7a zu sehen ist, gibt es einen breiten Oxidationspeak bei etwa 0,82 V, der der Umwandlung von NO₂ . zugeordnet werden kann ⁻ zu NO₃ ⁻ durch einen Zwei-Elektronen-Oxidationsprozess [49]. Beim Jodat (Abb. 7b) steigen die Reduktionsspitzenströme und das Spitzenpotential verschiebt sich leicht von 300 auf 160 mV, was auf die schnelle Reduktion von IO₃ . zurückzuführen ist ⁻ zu I ⁻ [48].

Zyklische Voltammogramme von PEDOT/Au/GO/GCE in 0,025 M PBS (pH = 6,86) Lösung mit Nitrit (a ) und 0,1 M H₂ SO₄ Lösung mit Jodat (b )

Abbildung 8 zeigt die stationäre katalytische Strom-Zeit-Antwort von PEDOT/Au/GO/GCE mit sukzessivem Hinzufügen von 1,0 × 10 ^–5 , 1,0 × 10 ⁻⁴ , und 1,0 × 10 ⁻³ M-Nitrit (Abb. 8, auf 0,78 V geregeltes Potenzial) bzw. Jodat (Abb. 8b, auf − 0,25 V geregeltes Potenzial). Wie in Abb. 8 gezeigt, wird eine wohldefinierte Reaktion bei der sukzessiven Addition von 1,0 × 10 ^–5 . beobachtet , 1,0 × 10 ⁻⁴ , und 1,0 × 10 ⁻³ M Nitrit bzw. Jodat.

Statische katalytische Strom-Zeit-Antwort von PEDOT/Au/GO/GCE mit sukzessiver Zugabe von 1,0 × 10 ^–5 , 1,0 × 10 ⁻⁴ , und 1,0 × 10 ⁻³ M Nitrit (a ) und Jodat (b )

Abbildung 9 zeigt die stationäre katalytische Strom-Zeit-Antwort von PEDOT/Au/GO/GCE mit sukzessivem Hinzufügen von 1,0 × 10 ⁻³ M Nitrit (Abb. 9a, auf 0,78 V geregeltes Potenzial) und Jodat (Abb. 9b, auf − 0,25 V geregeltes Potenzial). Die Ergebnisse aus Abb. 9 zeigen, dass die Detektion von Nitrit und Jodat einen besseren stationären katalytischen Strom im Bereich von 100–1000 μM aufweist und die Reaktionszeit etwa 4 s nach jeder Zugabe von Nitrit bzw. Jodat beträgt. Die Diagramme der chronoamperometrischen Ströme gegen die Ionenkonzentration (Einschübe in Abb. 9) zeigen außerdem, dass zwischen dem Spitzenstrom und der Konzentration im Bereich von 100–1000 μM mit den linearen Gleichungen von I . eine gute lineare Beziehung besteht _(μA) =0,0322 C + 26,422 (R ² = 0,9995) und ich _(μA) = 0,13757C + 6.80312 (R ² = 0,999) für Nitrit bzw. Jodat. Am wichtigsten ist, dass der Nachweis von Nitrit und Jodat durch PEDOT/Au/GO/GCE eine Sprungantwort zeigt und eine ideale Stromantwort für den elektrochemischen Nachweis von Nitrit und Jodat mit Beladung einer kleinen Menge an Verbundstoff (5 μl von 30 mg/l) hat. auf einer Glaskohlenstoffelektrode. Außerdem wird die untere Nachweisgrenze auf 0,53 μM und 0,62 μM (S/N = 3) für Nitrit bzw. Jod geschätzt.

Statische katalytische Strom-Zeit-Antwort von PEDOT/Au/GO/GCE mit sukzessivem Hinzufügen von 1,0 × 10 ^–3 M Nitrit (a ) und Jodat (b )

Die Vergleiche für die Parameter des Nitrit- und Jodatnachweises durch verschiedene chemisch modifizierte Elektroden sind in Tabelle 1 aufgeführt. Die Vergleichsergebnisse zeigen, dass die Reaktion der PEDOT/Au/GO/GCE-modifizierten Elektrode einen niedrigeren Strom (9,59 μA) als diejenige (17,5 .) aufweist μA) MWNT-PAMAM-Chit zusätzlich 10 μM Nitrit. Allerdings ist die aktuelle Reaktion von PEDOT/Au/GO/GCE auf die Zugabe von 10 μM Nitrit höher als die (0,3 μA) von Nano-Au/P3MT/GCE. Darüber hinaus beträgt die aktuelle Reaktion von PEDOT/Au/GO-Komposit 11,47 μA bei Zugabe von 10 μM Jodat, was ebenfalls einen besseren Beweis dafür liefert, dass die PEDOT/Au/GO/GCE-modifizierte Elektrode geeignet ist [25] für den Nachweis von Jodat.

Abbildung 10 zeigt, dass die modifizierte PEDOT/Au/GO/GCE-Verbundelektrode den amperometrischen Messungen des Analyten (1,0 mM Nitrit oder 1,0 mM Jodat) während eines verlängerten 1000 s langen Experiments eine höhere Stabilität verleiht. Die Reaktion bleibt während des gesamten Experiments stabil, was darauf hindeutet, dass Jodat und seine Reduktionsprodukte für die modifizierte Elektrodenoberfläche nicht hemmend wirken. Im Vergleich zu Jodat bleibt die Reaktion bei Nitrit jedoch instabil.

Eine aufgezeichnete Amperometrie von PEDOT/Au/GO/GCE in 1 mM Nitrit (a ) und Jodat (b ) über einen langen Zeitraum 1000 s

Abbildung 11 zeigt die Mechanismen des direkten Elektronentransfers zwischen Ion (Nitrit oder Jodat) und GCE (Glaskohlenstoffelektrode) durch das PEDOT/Au/GO/GCE-Komposit. Wie in Abb. 11 dargestellt, kann das schieferartige PEDOT mit GO inkorporieren, um eine lamellare Struktur zu bilden, die eine große Oberfläche für eine gleichmäßige Verteilung von Au-Nanopartikeln bewirken kann. Darüber hinaus werden die erzeugten Elektronen über den kürzesten Widerstandsweg durch hochleitfähiges GO, das in einem Verbundstoff dispergiert ist, zu GCE geleitet, wie in Abb. 11 dargestellt. Ohne GO müssen die Elektronen jedoch durch das PEDOT-Medium gehen, das einen beträchtlichen Widerstand hat, der erhebliche . verursacht Potentialabfall und viel niedrigere Elektronentransferrate. Daher spielt GO eine wichtige Rolle bei der Erleichterung des Elektronenaustauschs zwischen Ionen (Nitrit oder Jodat) und GCE, da es eine leitfähige Matrix bildet, die zu verringerten elektrischen Widerstandspfaden führt.

Mechanismen des direkten Elektronentransfers zwischen Ion (Nitrit oder Iodat) und GCE durch den PEDOT/Au/GO-Verbund

Real Sample Analysis

Um die praktische Anwendung der modifizierten Elektrode zu validieren/zu testen, wurde das PEDOT/Au/GO/GCE zum Nachweis der Nitritkonzentration in Leitungswasser mit Standardadditionsmethode angewendet. Ein bestimmtes Volumen an Proben wurde zur Bestimmung von Nitrit durch amperometrische Bestimmung in die elektrochemische Zelle gegeben. Wie in Tabelle 2 gezeigt, lag die Wiederfindung der Probe zwischen 98,4 und 104,3 %. Daher könnte das PEDOT/Au/GO/GCE zum Nachweis von Nitrit in Wasserproben verwendet werden.

Schlussfolgerung

Ein ternäres Komposit aus PEDOT/Au/GO für einen vielversprechenden elektrochemischen Sensor wurde durch ein Festkörperheizverfahren synthetisiert. Die Ergebnisse zeigten, dass die schieferartige Morphologie von PEDOT eine Möglichkeit zur Bildung von lamellaren Strukturen durch den Einbau von PEDOT in die GO-Matrix bieten könnte, was zu einer großen Oberfläche für eine gleichmäßige Verteilung von Au-Nanopartikeln führen könnte. Daher führten der synergistische Effekt zwischen PEDOT-, GO- und Au-Nanopartikeln sowie die große Kontaktoberfläche des Komposits dazu, dass das PEDOT/Au/GO-Komposit eine starke elektrokatalytische Aktivität in Richtung Nitritoxidation und Jodatreduktion zeigt. Und die Stromantworten beim Nachweis von Nitrit und Jodat waren hoch genug, um eine deutliche Sprungantwort zu erreichen. Darüber hinaus hatte der PEDOT/Au/GO-Verbundstoff eine ideale Stromantwort für die elektrochemische Detektion von Nitrit und Jodat mit einer kleinen Menge des Verbundstoffs (5 μl von 30 mg/l) auf der Glaskohlenstoffelektrode.