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Wir untersuchten den Einfluss der spezifischen Oberfläche auf die elektrochemischen Eigenschaften von NiCo2O4 (NCO) für den Glukosenachweis.NCO-Nanomaterialien mit kontrollierter spezifischer Oberfläche wurden durch hydrothermale Synthese mit Additiven hergestellt, und es wurden auch selbstorganisierende Nanostrukturen mit Igel-, Kiefernnadel-, Tremella- und Blüten-ähnlicher Morphologie hergestellt.Die Neuheit dieser Methode liegt in der systematischen Steuerung des chemischen Reaktionsverlaufs durch Zugabe verschiedener Additive während der Synthese, was zur spontanen Bildung verschiedener Morphologien ohne Unterschiede in der Kristallstruktur und dem chemischen Zustand der Bestandteile führt.Diese morphologische Kontrolle von NCO-Nanomaterialien führt zu erheblichen Veränderungen in der elektrochemischen Leistung des Glucosenachweises.Im Zusammenhang mit der Materialcharakterisierung wurde der Zusammenhang zwischen spezifischer Oberfläche und elektrochemischer Leistung für den Glukosenachweis diskutiert.Diese Arbeit könnte wissenschaftliche Einblicke in die Oberflächenabstimmung von Nanostrukturen liefern, die ihre Funktionalität für mögliche Anwendungen in Glukose-Biosensoren bestimmt.
Der Blutzuckerspiegel liefert wichtige Informationen über den Stoffwechsel- und physiologischen Zustand des Körpers1,2.Beispielsweise können abnormale Glukosespiegel im Körper ein wichtiger Indikator für schwerwiegende Gesundheitsprobleme sein, darunter Diabetes, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Fettleibigkeit3,4,5.Daher ist die regelmäßige Kontrolle des Blutzuckerspiegels für die Erhaltung der Gesundheit sehr wichtig.Obwohl über verschiedene Arten von Glukosesensoren mit physikalisch-chemischer Detektion berichtet wurde, stellen eine geringe Empfindlichkeit und langsame Reaktionszeiten weiterhin Hindernisse für Systeme zur kontinuierlichen Glukoseüberwachung dar6,7,8.Darüber hinaus weisen derzeit beliebte elektrochemische Glukosesensoren, die auf enzymatischen Reaktionen basieren, trotz ihrer Vorteile einer schnellen Reaktion, hohen Empfindlichkeit und relativ einfachen Herstellungsverfahren immer noch einige Einschränkungen auf9,10.Daher wurden verschiedene Arten von nicht-enzymatischen elektrochemischen Sensoren eingehend untersucht, um eine Enzymdenaturierung zu verhindern und gleichzeitig die Vorteile elektrochemischer Biosensoren9,11,12,13 beizubehalten.
Übergangsmetallverbindungen (TMCs) weisen eine ausreichend hohe katalytische Aktivität gegenüber Glucose auf, was den Anwendungsbereich ihrer Anwendung in elektrochemischen Glucosesensoren erweitert13,14,15.Bisher wurden verschiedene rationale Designs und einfache Methoden zur Synthese von TMS vorgeschlagen, um die Empfindlichkeit, Selektivität und elektrochemische Stabilität des Glucosenachweises weiter zu verbessern16,17,18.Beispielsweise handelt es sich um eindeutige Übergangsmetalloxide wie Kupferoxid (CuO)11,19, Zinkoxid (ZnO)20, Nickeloxid (NiO)21,22, Kobaltoxid (Co3O4)23,24 und Ceroxid (CeO2)25 elektrochemisch aktiv gegenüber Glucose.Jüngste Fortschritte bei binären Metalloxiden wie Nickelkobaltat (NiCo2O4) für den Glukosenachweis haben zusätzliche synergistische Effekte im Hinblick auf eine erhöhte elektrische Aktivität gezeigt26,27,28,29,30.Insbesondere eine präzise Kontrolle der Zusammensetzung und Morphologie zur Bildung von TMS mit verschiedenen Nanostrukturen kann aufgrund ihrer großen Oberfläche die Nachweisempfindlichkeit effektiv erhöhen. Daher wird dringend empfohlen, morphologiekontrollierte TMS für einen verbesserten Glukosenachweis zu entwickeln20,25,30,31,32, 33.34, 35.
Hier berichten wir über NiCo2O4 (NCO)-Nanomaterialien mit unterschiedlichen Morphologien für den Glukosenachweis.NCO-Nanomaterialien werden durch ein einfaches hydrothermales Verfahren unter Verwendung verschiedener Additive gewonnen. Chemische Additive sind einer der Schlüsselfaktoren bei der Selbstorganisation von Nanostrukturen verschiedener Morphologien.Wir untersuchten systematisch den Einfluss von NCOs mit unterschiedlichen Morphologien auf ihre elektrochemische Leistung für den Glucosenachweis, einschließlich Empfindlichkeit, Selektivität, niedrige Nachweisgrenze und Langzeitstabilität.
Wir haben NCO-Nanomaterialien (abgekürzt UNCO, PNCO, TNCO bzw. FNCO) mit Mikrostrukturen synthetisiert, die denen von Seeigeln, Kiefernnadeln, Tremella und Blumen ähneln.Abbildung 1 zeigt die unterschiedlichen Morphologien von UNCO, PNCO, TNCO und FNCO.SEM-Bilder und EDS-Bilder zeigten, dass Ni, Co und O gleichmäßig in den NCO-Nanomaterialien verteilt waren, wie in den Abbildungen 1 und 2 dargestellt. S1 bzw. S2.Auf Abb.2a,b zeigen repräsentative TEM-Bilder von NCO-Nanomaterialien mit ausgeprägter Morphologie.UNCO ist eine selbstorganisierende Mikrokugel (Durchmesser: ~5 µm), die aus Nanodrähten mit NCO-Nanopartikeln (durchschnittliche Partikelgröße: 20 nm) besteht.Es wird erwartet, dass diese einzigartige Mikrostruktur eine große Oberfläche bietet, um die Elektrolytdiffusion und den Elektronentransport zu erleichtern.Die Zugabe von NH4F und Harnstoff während der Synthese führte zu einer dickeren nadelförmigen Mikrostruktur (PNCO) mit einer Länge von 3 µm und einer Breite von 60 nm, die aus größeren Nanopartikeln bestand.Die Zugabe von HMT anstelle von NH4F führt zu einer Tremello-ähnlichen Morphologie (TNCO) mit faltigen Nanoblättern.Die Einführung von NH4F und HMT während der Synthese führt zur Aggregation benachbarter faltiger Nanoblätter, was zu einer blütenähnlichen Morphologie (FNCO) führt.Das HREM-Bild (Abb. 2c) zeigt deutliche Gitterbänder mit interplanaren Abständen von 0,473, 0,278, 0,50 und 0,237 nm, entsprechend den NiCo2O4-Ebenen (111), (220), (311) und (222), s 27 .Das selektive Elektronenbeugungsmuster (SAED) von NCO-Nanomaterialien (Einschub in Abb. 2b) bestätigte ebenfalls die polykristalline Natur von NiCo2O4.Die Ergebnisse der Hochwinkel-Ringdunkelbildgebung (HAADF) und der EDS-Kartierung zeigen, dass alle Elemente gleichmäßig im NCO-Nanomaterial verteilt sind, wie in Abb. 2d dargestellt.
Schematische Darstellung des Entstehungsprozesses von NiCo2O4-Nanostrukturen mit kontrollierter Morphologie.Außerdem werden Schaltpläne und REM-Bilder verschiedener Nanostrukturen gezeigt.
Morphologische und strukturelle Charakterisierung von NCO-Nanomaterialien: (a) TEM-Bild, (b) TEM-Bild zusammen mit SAED-Muster, (c) gitteraufgelöstes HRTEM-Bild und entsprechende HADDF-Bilder von Ni, Co und O in (d) NCO-Nanomaterialien..
Röntgenbeugungsmuster von NCO-Nanomaterialien verschiedener Morphologien sind in den Abbildungen dargestellt.3a.Die Beugungspeaks bei 18,9, 31,1, 36,6, 44,6, 59,1 und 64,9° zeigen die Ebenen (111), (220), (311), (400), (511) bzw. (440) NiCo2O4 an, die eine kubische Form haben Spinellstruktur (JCPDS Nr. 20-0781) 36. Die FT-IR-Spektren der NCO-Nanomaterialien sind in den Abbildungen dargestellt.3b.Zwei starke Schwingungsbanden im Bereich zwischen 555 und 669 cm–1 entsprechen metallischem (Ni und Co) Sauerstoff, der aus den tetraedrischen bzw. oktaedrischen Positionen des NiCo2O437-Spinells stammt.Um die strukturellen Eigenschaften von NCO-Nanomaterialien besser zu verstehen, wurden Raman-Spektren erhalten, wie in Abb. 3c dargestellt.Die vier bei 180, 459, 503 und 642 cm-1 beobachteten Peaks entsprechen den Raman-Moden F2g, E2g, F2g bzw. A1g des NiCo2O4-Spinells.XPS-Messungen wurden durchgeführt, um den chemischen Oberflächenzustand von Elementen in NCO-Nanomaterialien zu bestimmen.Auf Abb.3d zeigt das XPS-Spektrum von UNCO.Das Spektrum von Ni 2p weist zwei Hauptpeaks bei Bindungsenergien von 854,8 und 872,3 eV auf, die Ni 2p3/2 und Ni 2p1/2 entsprechen, und zwei Schwingungssatelliten bei 860,6 bzw. 879,1 eV.Dies weist auf die Existenz der Oxidationsstufen Ni2+ und Ni3+ in NCO hin.Spitzenwerte um 855,9 und 873,4 eV gelten für Ni3+ und Spitzenwerte um 854,2 und 871,6 eV gelten für Ni2+.In ähnlicher Weise zeigt das Co2p-Spektrum zweier Spin-Bahn-Dubletts charakteristische Peaks für Co2+ und Co3+ bei 780,4 (Co 2p3/2) und 795,7 eV (Co 2p1/2).Peaks bei 796,0 und 780,3 eV entsprechen Co2+ und Peaks bei 794,4 und 779,3 eV entsprechen Co3+.Es ist zu beachten, dass der polyvalente Zustand der Metallionen (Ni2+/Ni3+ und Co2+/Co3+) in NiCo2O4 eine Erhöhung der elektrochemischen Aktivität fördert37,38.Die Ni2p- und Co2p-Spektren für UNCO, PNCO, TNCO und FNCO zeigten ähnliche Ergebnisse, wie in Abb. gezeigt.S3.Darüber hinaus zeigten die O1s-Spektren aller NCO-Nanomaterialien (Abb. S4) zwei Peaks bei 592,4 und 531,2 eV, die mit typischen Metall-Sauerstoff- bzw. Sauerstoffbindungen in den Hydroxylgruppen der NCO-Oberfläche assoziiert waren39.Obwohl die Strukturen der NCO-Nanomaterialien ähnlich sind, deuten die morphologischen Unterschiede in den Additiven darauf hin, dass jedes Additiv unterschiedlich an den chemischen Reaktionen zur Bildung von NCO beteiligt sein kann.Dadurch werden die energetisch günstigen Keimbildungs- und Kornwachstumsschritte gesteuert, wodurch die Partikelgröße und der Agglomerationsgrad gesteuert werden.Somit kann die Steuerung verschiedener Prozessparameter, einschließlich Additiven, Reaktionszeit und Temperatur während der Synthese, genutzt werden, um die Mikrostruktur zu entwerfen und die elektrochemische Leistung von NCO-Nanomaterialien für den Glucosenachweis zu verbessern.
(a) Röntgenbeugungsmuster, (b) FTIR- und (c) Raman-Spektren von NCO-Nanomaterialien, (d) XPS-Spektren von Ni 2p und Co 2p von UNCO.
Die Morphologie der angepassten NCO-Nanomaterialien steht in engem Zusammenhang mit der Bildung der Anfangsphasen, die aus verschiedenen Additiven erhalten werden (siehe Abbildung S5).Darüber hinaus zeigten Röntgen- und Raman-Spektren frisch hergestellter Proben (Abbildungen S6 und S7a), dass die Beteiligung verschiedener chemischer Zusatzstoffe zu kristallographischen Unterschieden führte: Ni- und Co-Carbonathydroxide wurden hauptsächlich in Seeigel- und Kiefernnadelstrukturen beobachtet, während z Strukturen in Form von Tremella und Blüten weisen auf das Vorhandensein von Nickel- und Kobalthydroxiden hin.Die FT-IR- und XPS-Spektren der vorbereiteten Proben sind in den Abbildungen 1 und 2 dargestellt. S7b-S9 liefern ebenfalls klare Beweise für die oben genannten kristallographischen Unterschiede.Aus den Materialeigenschaften der vorbereiteten Proben wird deutlich, dass Additive an hydrothermischen Reaktionen beteiligt sind und unterschiedliche Reaktionswege bieten, um Anfangsphasen mit unterschiedlichen Morphologien zu erhalten40,41,42.Die Selbstorganisation verschiedener Morphologien, bestehend aus eindimensionalen (1D) Nanodrähten und zweidimensionalen (2D) Nanoblättern, wird durch den unterschiedlichen chemischen Zustand der Anfangsphasen (Ni- und Co-Ionen sowie funktionelle Gruppen) erklärt. gefolgt vom Kristallwachstum42, 43, 44, 45, 46, 47. Während der postthermischen Verarbeitung werden die verschiedenen Anfangsphasen in NCO-Spinell umgewandelt, wobei ihre einzigartige Morphologie erhalten bleibt, wie in den Abbildungen 1 und 2 dargestellt. 2 und 3a.
Morphologische Unterschiede in NCO-Nanomaterialien können die elektrochemisch aktive Oberfläche für den Glukosenachweis beeinflussen und dadurch die gesamten elektrochemischen Eigenschaften des Glukosesensors bestimmen.Die N2-BET-Adsorptions-Desorptions-Isotherme wurde verwendet, um die Porengröße und die spezifische Oberfläche der NCO-Nanomaterialien abzuschätzen.Auf Abb.4 zeigt BET-Isothermen verschiedener NCO-Nanomaterialien.Die BET-spezifische Oberfläche für UNCO, PNCO, TNCO und FNCO wurde auf 45,303, 43,304, 38,861 bzw. 27,260 m2/g geschätzt.UNCO hat die höchste BET-Oberfläche (45,303 m2 g-1) und das größte Porenvolumen (0,2849 cm3 g-1) und die Porengrößenverteilung ist eng.Die BET-Ergebnisse für die NCO-Nanomaterialien sind in Tabelle 1 aufgeführt. Die N2-Adsorptions-Desorptionskurven waren den isothermen Hystereseschleifen vom Typ IV sehr ähnlich, was darauf hinweist, dass alle Proben eine mesoporöse Struktur aufwiesen48.Von mesoporösen UNCOs mit der größten Oberfläche und dem größten Porenvolumen wird erwartet, dass sie zahlreiche aktive Zentren für Redoxreaktionen bereitstellen, was zu einer verbesserten elektrochemischen Leistung führt.
BET-Ergebnisse für (a) UNCO, (b) PNCO, (c) TNCO und (d) FNCO.Der Einschub zeigt die entsprechende Porengrößenverteilung.
Die elektrochemischen Redoxreaktionen von NCO-Nanomaterialien mit verschiedenen Morphologien für den Glucosenachweis wurden mithilfe von CV-Messungen bewertet.Auf Abb.5 zeigt CV-Kurven von NCO-Nanomaterialien in 0,1 M NaOH alkalischem Elektrolyten mit und ohne 5 mM Glucose bei einer Scanrate von 50 mVs-1.In Abwesenheit von Glucose wurden Redoxpeaks bei 0,50 und 0,35 V beobachtet, was einer Oxidation im Zusammenhang mit M–O (M: Ni2+, Co2+) und M*-O-OH (M*: Ni3+, Co3+) entspricht.unter Verwendung des OH-Anions.Nach der Zugabe von 5 mM Glucose nahm die Redoxreaktion an der Oberfläche der NCO-Nanomaterialien deutlich zu, was möglicherweise auf die Oxidation von Glucose zu Gluconolacton zurückzuführen ist.Abbildung S10 zeigt die Spitzen-Redoxströme bei Abtastraten von 5–100 mV s-1 in 0,1 M NaOH-Lösung.Es ist klar, dass der Spitzenredoxstrom mit zunehmender Scanrate zunimmt, was darauf hindeutet, dass NCO-Nanomaterialien ein ähnliches diffusionskontrolliertes elektrochemisches Verhalten aufweisen50,51.Wie in Abbildung S11 dargestellt, wird die elektrochemische Oberfläche (ECSA) von UNCO, PNCO, TNCO und FNCO auf 2,15, 1,47, 1,2 bzw. 1,03 cm2 geschätzt.Dies legt nahe, dass UNCO für den elektrokatalytischen Prozess nützlich ist und den Nachweis von Glucose erleichtert.
CV-Kurven von (a) UNCO-, (b) PNCO-, (c) TNCO- und (d) FNCO-Elektroden ohne Glucose und ergänzt mit 5 mM Glucose bei einer Scanrate von 50 mVs-1.
Die elektrochemische Leistung von NCO-Nanomaterialien für den Glucosenachweis wurde untersucht und die Ergebnisse sind in Abb. 6 dargestellt. Die Glucoseempfindlichkeit wurde mit der CA-Methode durch schrittweise Zugabe verschiedener Glucosekonzentrationen (0,01–6 mM) in 0,1 M NaOH-Lösung bei 0,5 bestimmt V mit einem Intervall von 60 s.Wie in Abb. gezeigt.6a–d zeigen NCO-Nanomaterialien unterschiedliche Empfindlichkeiten im Bereich von 84,72 bis 116,33 µA mM-1 cm-2 mit hohen Korrelationskoeffizienten (R2) von 0,99 bis 0,993.Die Kalibrierungskurve zwischen der Glukosekonzentration und der aktuellen Reaktion von NCO-Nanomaterialien ist in Abb. dargestellt.S12.Die berechneten Nachweisgrenzen (LOD) von NCO-Nanomaterialien lagen im Bereich von 0,0623–0,0783 µM.Den Ergebnissen des CA-Tests zufolge zeigte UNCO die höchste Empfindlichkeit (116,33 μA mM-1 cm-2) in einem weiten Nachweisbereich.Dies kann durch seine einzigartige Seeigel-ähnliche Morphologie erklärt werden, die aus einer mesoporösen Struktur mit einer großen spezifischen Oberfläche besteht, die zahlreichere aktive Stellen für Glukosespezies bietet.Die elektrochemische Leistung der in Tabelle S1 dargestellten NCO-Nanomaterialien bestätigt die hervorragende elektrochemische Glucose-Detektionsleistung der in dieser Studie hergestellten NCO-Nanomaterialien.
CA-Antworten von UNCO- (a), PNCO- (b), TNCO- (c) und FNCO- (d) Elektroden mit Glucose, die zu 0,1 M NaOH-Lösung bei 0,50 V hinzugefügt wurde. Die Einschübe zeigen Kalibrierungskurven der aktuellen Reaktionen von NCO-Nanomaterialien: (z ) KA-Reaktionen von UNCO, (f) PNCO, (g) TNCO und (h) FNCO mit schrittweiser Zugabe von 1 mM Glucose und 0,1 mM störenden Substanzen (LA, DA, AA und UA).
Die Anti-Interferenz-Fähigkeit des Glukosenachweises ist ein weiterer wichtiger Faktor beim selektiven und empfindlichen Nachweis von Glukose durch störende Verbindungen.Auf Abb.6e–h zeigen die Anti-Interferenz-Fähigkeit von NCO-Nanomaterialien in 0,1 M NaOH-Lösung.Häufige Störmoleküle wie LA, DA, AA und UA werden ausgewählt und dem Elektrolyten zugesetzt.Die aktuelle Reaktion von NCO-Nanomaterialien auf Glucose ist offensichtlich.Die aktuelle Reaktion auf UA, DA, AA und LA änderte sich jedoch nicht, was bedeutet, dass die NCO-Nanomaterialien unabhängig von ihren morphologischen Unterschieden eine hervorragende Selektivität für den Glucosenachweis zeigten.Abbildung S13 zeigt die Stabilität von NCO-Nanomaterialien, die anhand der CA-Reaktion in 0,1 M NaOH untersucht wurden, wobei dem Elektrolyten über einen langen Zeitraum (80.000 s) 1 mM Glucose zugesetzt wurde.Die aktuellen Reaktionen von UNCO, PNCO, TNCO und FNCO betrugen 98,6 %, 97,5 %, 98,4 % bzw. 96,8 % des anfänglichen Stroms bei Zugabe von zusätzlich 1 mM Glucose nach 80.000 s.Alle NCO-Nanomaterialien zeigen über einen langen Zeitraum stabile Redoxreaktionen mit Glucosespezies.Insbesondere behielt das UNCO-Stromsignal nicht nur 97,1 % seines ursprünglichen Stroms bei, sondern behielt auch seine Morphologie und chemischen Bindungseigenschaften nach einem 7-tägigen Langzeitstabilitätstest in der Umgebung bei (Abbildungen S14 und S15a).Darüber hinaus wurden die Reproduzierbarkeit und die Reproduzierbarkeit von UNCO getestet, wie in Abb. S15b, c dargestellt.Die berechnete relative Standardabweichung (RSD) der Reproduzierbarkeit und Wiederholbarkeit betrug 2,42 % bzw. 2,14 %, was auf mögliche Anwendungen als Glukosesensor in Industriequalität hinweist.Dies weist auf die hervorragende strukturelle und chemische Stabilität von UNCO unter oxidierenden Bedingungen für den Glucosenachweis hin.
Es ist klar, dass die elektrochemische Leistung von NCO-Nanomaterialien für den Glucosenachweis hauptsächlich mit den strukturellen Vorteilen der Anfangsphase zusammenhängt, die durch das hydrothermale Verfahren mit Additiven hergestellt wurde (Abb. S16).Das UNCO mit großer Oberfläche verfügt über mehr elektroaktive Stellen als andere Nanostrukturen, was dazu beiträgt, die Redoxreaktion zwischen den aktiven Materialien und den Glucosepartikeln zu verbessern.Durch die mesoporöse Struktur von UNCO können problemlos mehr Ni- und Co-Stellen dem Elektrolyten ausgesetzt werden, um Glucose nachzuweisen, was zu einer schnellen elektrochemischen Reaktion führt.Eindimensionale Nanodrähte in UNCO können die Diffusionsrate weiter erhöhen, indem sie kürzere Transportwege für Ionen und Elektronen bereitstellen.Aufgrund der oben erwähnten einzigartigen Strukturmerkmale ist die elektrochemische Leistung von UNCO für den Glukosenachweis der von PNCO, TNCO und FNCO überlegen.Dies weist darauf hin, dass die einzigartige UNCO-Morphologie mit der größten Oberfläche und Porengröße eine hervorragende elektrochemische Leistung für den Glukosenachweis bieten kann.
Der Einfluss der spezifischen Oberfläche auf die elektrochemischen Eigenschaften von NCO-Nanomaterialien wurde untersucht.NCO-Nanomaterialien mit unterschiedlicher spezifischer Oberfläche wurden durch eine einfache hydrothermale Methode und verschiedene Additive erhalten.Verschiedene Additive gehen während der Synthese unterschiedliche chemische Reaktionen ein und bilden unterschiedliche Anfangsphasen.Dies hat zur Selbstorganisation verschiedener Nanostrukturen mit ähnlichen Morphologien wie Igel, Kiefernnadel, Tremella und Blume geführt.Anschließendes Nacherhitzen führt zu einem ähnlichen chemischen Zustand der kristallinen NCO-Nanomaterialien mit Spinellstruktur unter Beibehaltung ihrer einzigartigen Morphologie.Abhängig von der Oberfläche unterschiedlicher Morphologie wurde die elektrochemische Leistung von NCO-Nanomaterialien für den Glukosenachweis erheblich verbessert.Insbesondere stieg die Glukosesensitivität von NCO-Nanomaterialien mit Seeigelmorphologie auf 116,33 µA mM-1 cm-2 mit einem hohen Korrelationskoeffizienten (R2) von 0,99 im linearen Bereich von 0,01–6 mM.Diese Arbeit könnte eine wissenschaftliche Grundlage für morphologisches Engineering liefern, um die spezifische Oberfläche anzupassen und die elektrochemische Leistung nicht-enzymatischer Biosensoranwendungen weiter zu verbessern.
Ni(NO3)2 6H2O, Co(NO3)2 6H2O, Harnstoff, Hexamethylentetramin (HMT), Ammoniumfluorid (NH4F), Natriumhydroxid (NaOH), d-(+)-Glucose, Milchsäure (LA), Dopaminhydrochlorid ( DA), L-Ascorbinsäure (AA) und Harnsäure (UA) wurden von Sigma-Aldrich bezogen.Alle verwendeten Reagenzien waren von analytischer Qualität und wurden ohne weitere Reinigung verwendet.
NiCo2O4 wurde durch eine einfache hydrothermale Methode mit anschließender Wärmebehandlung synthetisiert.Kurz gesagt: 1 mmol Nickelnitrat (Ni(NO3)2∙6H2O) und 2 mmol Kobaltnitrat (Co(NO3)2∙6H2O) wurden in 30 ml destilliertem Wasser gelöst.Um die Morphologie von NiCo2O4 zu kontrollieren, wurden der obigen Lösung selektiv Zusatzstoffe wie Harnstoff, Ammoniumfluorid und Hexamethylentetramin (HMT) zugesetzt.Die gesamte Mischung wurde dann in einen mit Teflon ausgekleideten 50-ml-Autoklaven überführt und 6 Stunden lang einer hydrothermischen Reaktion in einem Konvektionsofen bei 120 °C unterzogen.Nach natürlicher Abkühlung auf Raumtemperatur wurde der resultierende Niederschlag zentrifugiert und mehrmals mit destilliertem Wasser und Ethanol gewaschen und dann über Nacht bei 60 °C getrocknet.Danach wurden frisch vorbereitete Proben 4 Stunden lang bei 400 °C in Umgebungsatmosphäre kalziniert.Die Einzelheiten der Experimente sind in der Zusatzinformationstabelle S2 aufgeführt.
Eine Röntgenbeugungsanalyse (XRD, X'Pert-Pro MPD; PANalytical) wurde mit Cu-Kα-Strahlung (λ = 0,15418 nm) bei 40 kV und 30 mA durchgeführt, um die strukturellen Eigenschaften aller NCO-Nanomaterialien zu untersuchen.Beugungsmuster wurden im Winkelbereich 2θ 10–80° mit einer Schrittweite von 0,05° aufgezeichnet.Oberflächenmorphologie und Mikrostruktur wurden mittels Feldemissions-Rasterelektronenmikroskopie (FESEM; Nova SEM 200, FEI) und Rastertransmissionselektronenmikroskopie (STEM; TALOS F200X, FEI) mit energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDS) untersucht.Die Valenzzustände der Oberfläche wurden mittels Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS; PHI 5000 Versa Probe II, ULVAC PHI) unter Verwendung von Al-Kα-Strahlung (hν = 1486,6 eV) analysiert.Die Bindungsenergien wurden unter Verwendung des C 1 s-Peaks bei 284,6 eV als Referenz kalibriert.Nach der Vorbereitung der Proben auf KBr-Partikeln wurden Fourier-Transformations-Infrarotspektren (FT-IR) im Wellenzahlbereich 1500–400 cm–1 auf einem Jasco-FTIR-6300-Spektrometer aufgezeichnet.Raman-Spektren wurden auch mit einem Raman-Spektrometer (Horiba Co., Japan) mit einem He-Ne-Laser (632,8 nm) als Anregungsquelle erhalten.Brunauer-Emmett-Teller (BET; BELSORP mini II, MicrotracBEL, Corp.) verwendete den BELSORP mini II-Analysator (MicrotracBEL Corp.), um N2-Adsorptions-Desorptions-Isothermen bei niedrigen Temperaturen zu messen und so die spezifische Oberfläche und Porengrößenverteilung abzuschätzen.
Alle elektrochemischen Messungen, wie zyklische Voltammetrie (CV) und Chronoamperometrie (CA), wurden an einem PGSTAT302N-Potentiostat (Metrohm-Autolab) bei Raumtemperatur unter Verwendung eines Drei-Elektroden-Systems in 0,1 M wässriger NaOH-Lösung durchgeführt.Als Arbeitselektrode, Referenzelektrode und Gegenelektrode wurden eine Arbeitselektrode auf Basis einer Glaskohlenstoffelektrode (GC), eine Ag/AgCl-Elektrode und eine Platinplatte verwendet.CVs wurden zwischen 0 und 0,6 V bei verschiedenen Scan-Raten von 5–100 mV s-1 aufgezeichnet.Um ECSA zu messen, wurde CV im Bereich von 0,1–0,2 V bei verschiedenen Scan-Raten (5–100 mV s-1) durchgeführt.Erfassen Sie die CA-Reaktion der Probe für Glucose bei 0,5 V unter Rühren.Um Empfindlichkeit und Selektivität zu messen, verwenden Sie 0,01–6 mM Glucose, 0,1 mM LA, DA, AA und UA in 0,1 M NaOH.Die Reproduzierbarkeit von UNCO wurde unter optimalen Bedingungen mit drei verschiedenen Elektroden, ergänzt mit 5 mM Glucose, getestet.Die Wiederholbarkeit wurde zusätzlich überprüft, indem innerhalb von 6 Stunden drei Messungen mit einer UNCO-Elektrode durchgeführt wurden.
Alle in dieser Studie generierten oder analysierten Daten sind in diesem veröffentlichten Artikel (und seiner ergänzenden Informationsdatei) enthalten.
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