电化学|氮硫共掺杂 Nb2C-MXene 纳米片用于胃液酸性条件下超灵敏电化学检测多巴胺( 四 ) 多巴胺|纳米|mv

图3. (a) 100μM DA在GCE、ML-Nb2C/GCE、DL-Nb2C/GCE和NS-Nb2C/GCE在0.1M PBS (pH=3.0)下的CV ，扫描速率为100mVs?1; (b) 100μM DA在 Nb2C/GCE下在0.1M PBS (pH=3.0)中不同氮和硫掺杂比例的CV ，扫描速率为100mVs-1；(c)在ML-Nb2C/GCE、DL-Nb2C/GCE和NS-Nb2C/GCE中，在0.1M KCl中含有5mM [Fe(CN)6
3-/4-的100μMDA的CV；(d) ML-Nb2C纳米片和NS-Nb2C纳米片的拉曼光谱。
为了进一步验证不同电极的电化学性能，我们在不同电极的0.5M KCl和1.0mM [Fe(CN) 6
3-/4-溶液中测试了不同电极的CV ，以验证它们的电子转移率。图3c显示了峰值氧化还原电流和相关的峰峰值分离。可以看出， NS-Nb2C纳米片的峰峰值分离最小，电流值最大，说明NS-Nb2C纳米片电极表面的电子转移率最大，导电性优良。拉曼光谱提供了电化学特性的进一步证据。对于碳材料， D峰是由无定形碳或六方环的变形振动引起的， G峰是由石墨烯的六方网格平面的堆积引起的。材料的D峰和G峰强度比（ID/IG）越高，石墨面积越大或碳缺陷越多，电化学性能越好。 ML-Nb2C纳米片和NS-Nb2C纳米片的拉曼光谱， ID/IG分别为0.79和1.08（图3d）。因此， NS-Nb2C纳米片具有更高的ID/IG ，表明它具有更大的石墨面积和更多的碳缺陷，使其具有更优异的电化学性能。图S3显示了Nb2C和 NS-Nb2C的N2吸附和解吸等温线。 Nb2C和NS-Nb2C的Brunauer-Emmet-Teller (BET)表面积分别为5.36m2/g和29.24m2/g ，这表明氮和硫原子的引入有利于增加BET表面积。材料。 BET表面积的增加可以为电化学反应提供更多的反应微库，有利于电荷和电子的传输，从而显着提高电化学性能。因此，基于NS-Nb2C/GCE的传感器可用于检测酸性条件下的DA 。
3.3.操作参数的影响
借助带负电的Nafion溶液涂层，带正电的DA很容易通过静电吸引靠近带负电的 Nb2C/GCE传感器的传感平台。因此，我们在0.25-1.25% w/w范围内研究了Nafion溶液质量分数的数量比对电化学性能的影响，如图S2a所示。观察到100μM DA的氧化峰值电流随着Nafion溶液质量分数的增加而增加，直到达到最大值1% w/w ，然后明显下降。 Nafion溶液的最佳质量分数为1% w/w ，以下实验均以此质量分数进行。
电化学基质溶液的体积对电化学性能也有一定的影响。 NS-Nb2C/Nafion溶液对5-10μL范围内的100μM DA的电化学响应如图S2b所示。随着溶液体积的增加，负极峰值电流的DA电流响应增加。当体积增加到8μL时，电流响应会随着溶液体积的增加而降低。因此，选择8 μL NS-Nb2C/Nafion溶液作为进一步研究的最佳参数。
通常，电化学传感器的分析效率明显受pH值的影响。在pH 3.0到7.0范围内考察了电解液中pH值对DA响应电流的影响。如图4a所示，含有100μM DA的NS-Nb2C/Nafion/GCE电极在不同pH值下的CV 。响应电流随着pH值的增加而线性下降。因此，将pH=3.0的PBS溶液用于DA的后续实验和电化学分析。 DA氧化峰电位Ep与pH值之间存在良好的线性关系（图4b）。线性回归方程为：Ep (V)=0.691–0.053 pH (R2=0.998) ，线性回归方程和Nernst方程：Epa (mV)=E0?59.2(m/n) pH（25℃ ， E0为标准电位， m为质子转移数， n为电子转移数）。通过对比可以看出，线性方程的斜率为-53mV/pH ，与能斯特方程的斜率-59.2mV/pH接近，可以看出m/n接近于1 。结果表明DA在电极上的氧化还原反应是一个具有等电子、等质子的准可逆过程。
图4. (a) NS-Nb2C/Nafion/GCE在含100μM DA的不同pH值的PBS中的CV；(b) pH值对Ep的影响；(c) NS-Nb2C/Nafion/GCE在0.1M PBS (pH=3.0)中在不同扫描速率下的100μMDA的CV：10、20、30、40、50、60、70、80、90和100mV s -1; (d) Ipa和Ipc与ν的线性关系。
3.4.动力学研究
为了获得催化机理，通过CV研究了电位扫描速率对DA在NS-Nb2C/Nafion/GCE上电催化氧化扫描的影响。图4c显示了NS-Nb2C/Nafion/GCE电极在含有100μMDA的PBS（pH=3.0）中在不同扫描速率（10-100mVs-1）下的CV 。从图4d可以看出，在10-100mVs-1范围内， DA氧化还原峰的峰值电流强度随着扫描速率的逐渐增加而增加。 DA氧化峰电流(Ipa和Ipc)之差与扫描速率的平方根(v1/2)呈线性关系，线性回归方程为：Ipa(μA)=-0.96+4.11v1/2(( mV s?1)1/2) ， R2=0.997；Ipc (μA)=2.21–4.27 v1/2((mV s?1)1/2)R2=0.996 ，推断NS-Nb2C/Nafion/GCE催化DA的电化学反应是典型的扩散控制过程.
3.5.DA的检测