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Wir untersuchten die Auswirkung 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 selbstorganisierende Nanostrukturen mit Igel-, Kiefernnadel-, Tremella- und blumenähnlicher Morphologie wurden ebenfalls hergestellt.Die Neuheit dieser Methode liegt in der systematischen Steuerung des chemischen Reaktionswegs durch Zugabe verschiedener Additive während der Synthese, was zur spontanen Bildung verschiedener Morphologien ohne Unterschiede in der Kristallstruktur und dem chemischen Zustand der konstituierenden Elemente führt.Diese morphologische Kontrolle von NCO-Nanomaterialien führt zu signifikanten Änderungen in der elektrochemischen Leistung des Glucosenachweises.In Verbindung mit der Materialcharakterisierung wurde die Beziehung zwischen spezifischer Oberfläche und elektrochemischer Leistung für den Glukosenachweis diskutiert.Diese Arbeit kann wissenschaftliche Einblicke in die Oberflächenabstimmung von Nanostrukturen liefern, die ihre Funktionalität für potenzielle Anwendungen in Glucose-Biosensoren bestimmt.
Der Blutzuckerspiegel liefert wichtige Informationen über den metabolischen und physiologischen Zustand des Körpers1,2.Beispielsweise können abnormale Glukosewerte im Körper ein wichtiger Indikator für ernsthafte Gesundheitsprobleme sein, einschließlich Diabetes, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Fettleibigkeit3,4,5.Daher ist eine regelmäßige Überwachung des Blutzuckerspiegels für die Erhaltung einer guten Gesundheit sehr wichtig.Obwohl über verschiedene Arten von Glukosesensoren mit physikalisch-chemischer Detektion berichtet wurde, bleiben geringe Empfindlichkeit und langsame Reaktionszeiten Hindernisse für Systeme zur kontinuierlichen Glukoseüberwachung6,7,8.Darüber hinaus weisen derzeit beliebte elektrochemische Glukosesensoren, die auf enzymatischen Reaktionen basieren, trotz ihrer Vorteile einer schnellen Reaktion, hohen Empfindlichkeit und relativ einfacher Herstellungsverfahren noch einige Einschränkungen auf9,10.Daher wurden verschiedene Arten von nicht-enzymatischen elektrochemischen Sensoren ausführlich untersucht, um eine Enzymdenaturierung zu verhindern und gleichzeitig die Vorteile elektrochemischer Biosensoren beizubehalten9,11,12,13.
Übergangsmetallverbindungen (TMCs) haben eine ausreichend hohe katalytische Aktivität in Bezug auf Glucose, 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 sind eindeutige Übergangsmetalloxide wie Kupferoxid (CuO)11,19, Zinkoxid (ZnO)20, Nickeloxid (NiO)21,22, Kobaltoxid (Co3O4)23,24 und Ceroxid (CeO2)25 gegenüber Glucose elektrochemisch aktiv.Jüngste Fortschritte bei binären Metalloxiden wie Nickelcobaltat (NiCo2O4) für den Glukosenachweis haben zusätzliche synergistische Effekte in Bezug auf eine erhöhte elektrische Aktivität gezeigt26,27,28,29,30.Insbesondere die präzise Zusammensetzung und Morphologiekontrolle zur Bildung von TMS mit verschiedenen Nanostrukturen kann die Nachweisempfindlichkeit aufgrund ihrer großen Oberfläche 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 erhalten, chemische Additive sind einer der Schlüsselfaktoren bei der Selbstorganisation von Nanostrukturen verschiedener Morphologien.Wir untersuchten systematisch die Wirkung 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 ähnlich denen von Seeigeln, Kiefernnadeln, Tremella und Blumen synthetisiert.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 gezeigt. S1 bzw. S2.Auf Abb.2a,b zeigen repräsentative TEM-Bilder von NCO-Nanomaterialien mit unterschiedlicher Morphologie.UNCO ist eine selbstorganisierende Mikrokugel (Durchmesser: ~5 µm), die aus Nanodrähten mit NCO-Nanopartikeln (durchschnittliche Partikelgröße: 20 nm) besteht.Von dieser einzigartigen Mikrostruktur wird erwartet, dass sie eine große Oberfläche bereitstellt, 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 besteht.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 blumenähnlichen Morphologie (FNCO) führt.Das HREM-Bild (Abb. 2c) zeigt deutliche Gitterbänder mit Netzebenenabständen von 0,473, 0,278, 0,50 und 0,237 nm, entsprechend den (111), (220), (311) und (222) NiCo2O4-Ebenen, s 27 .Ausgewählte Flächenelektronenbeugungsmuster (SAED) von NCO-Nanomaterialien (Einschub in Abb. 2b) bestätigten ebenfalls die polykristalline Natur von NiCo2O4.Die Ergebnisse von High-Angle-Anular-Dark-Imaging (HAADF) und EDS-Mapping zeigen, dass alle Elemente gleichmäßig im NCO-Nanomaterial verteilt sind, wie in Abb. 2d gezeigt.
Schematische Darstellung des Bildungsprozesses von NiCo2O4-Nanostrukturen mit kontrollierter Morphologie.Schemata und SEM-Bilder verschiedener Nanostrukturen werden ebenfalls 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 1 und 2 gezeigt.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, die ein kubisches NiCo2O4 haben Spinellstruktur (JCPDS Nr. 20-0781) 36. Die FT-IR-Spektren der NCO-Nanomaterialien sind in den Fig. 1 und Fig. 2 gezeigt.3b.Zwei starke Schwingungsbanden im Bereich zwischen 555 und 669 cm–1 entsprechen metallischem (Ni und Co) Sauerstoff, der von 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 gezeigt.Die vier beobachteten Peaks bei 180, 459, 503 und 642 cm-1 entsprechen den Raman-Modi 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 hat zwei Hauptpeaks bei Bindungsenergien von 854,8 und 872,3 eV, entsprechend Ni 2p3/2 und Ni 2p1/2, und zwei Schwingungssatelliten bei 860,6 bzw. 879,1 eV.Dies weist auf die Existenz von Ni2+- und Ni3+-Oxidationszuständen in NCO hin.Peaks um 855,9 und 873,4 eV sind für Ni3+ und Peaks um 854,2 und 871,6 eV sind 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 sollte beachtet werden, dass der mehrwertige Zustand von 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. 1 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, legen die morphologischen Unterschiede in den Additiven nahe, dass jedes Additiv unterschiedlich an den chemischen Reaktionen zur Bildung von NCO teilnehmen 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 Additive, Reaktionszeit und Temperatur während der Synthese, verwendet 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 ist eng mit der Bildung der Anfangsphasen verbunden, die aus verschiedenen Additiven erhalten werden, wie in Abbildung S5 dargestellt.Darüber hinaus zeigten Röntgen- und Raman-Spektren frisch präparierter Proben (Abbildungen S6 und S7a), dass die Beteiligung verschiedener chemischer Additive zu kristallographischen Unterschieden führte: Ni- und Co-Carbonathydroxide wurden hauptsächlich in Seeigeln und Kiefernnadelstrukturen beobachtet, während als Strukturen in Form von Tremella und Blume weisen auf das Vorhandensein von Nickel- und Kobalthydroxiden hin.Die FT-IR- und XPS-Spektren der präparierten Proben sind in den Abbildungen 1 und 2 dargestellt. S7b-S9 liefern ebenfalls klare Hinweise auf die oben erwähnten kristallographischen Unterschiede.Aus den Materialeigenschaften der präparierten Proben wird deutlich, dass Additive an hydrothermalen Reaktionen beteiligt sind und unterschiedliche Reaktionswege bereitstellen, um Anfangsphasen mit unterschiedlichen Morphologien zu erhalten40,41,42.Die Selbstorganisation verschiedener Morphologien, bestehend aus eindimensionalen (1D) Nanodrähten und zweidimensionalen (2D) Nanoblättern, erklärt sich durch den unterschiedlichen chemischen Zustand der Ausgangsphasen (Ni- und Co-Ionen sowie funktionelle Gruppen), gefolgt von Kristallwachstum42, 43, 44, 45, 46, 47. Während der postthermischen Verarbeitung werden die verschiedenen Anfangsphasen in NCO-Spinell umgewandelt, während ihre einzigartige Morphologie beibehalten wird, wie in den Abbildungen 1 und 2, 2 und 3a gezeigt.
Morphologische Unterschiede in NCO-Nanomaterialien können die elektrochemisch aktive Oberfläche für den Glucosenachweis beeinflussen und dadurch die gesamten elektrochemischen Eigenschaften des Glucosesensors bestimmen.Die N2-BET-Adsorptions-Desorptionsisotherme wurde verwendet, um die Porengröße und die spezifische Oberfläche der NCO-Nanomaterialien abzuschätzen.Auf Abb.4 zeigt BET-Isothermen verschiedener NCO-Nanomaterialien.Die spezifische BET-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 gezeigt. Die N2-Adsorptions-Desorptionskurven waren den isothermen Hystereseschleifen vom Typ IV sehr ähnlich, was darauf hinweist, dass alle Proben eine mesoporöse Struktur aufwiesen48.Es wird erwartet, dass mesoporöse UNCOs mit der größten Oberfläche und dem größten Porenvolumen zahlreiche aktive Stellen 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 Abtastrate von 50 mVs –1 .In Abwesenheit von Glucose wurden Redoxpeaks bei 0,50 und 0,35 V beobachtet, was der Oxidation von M–O (M: Ni2+, Co2+) und M*-O-OH (M*: Ni3+, Co3+) entspricht.unter Verwendung des OH-Anions.Nach Zugabe von 5 mM Glucose nahm die Redoxreaktion an der Oberfläche der NCO-Nanomaterialien deutlich zu, was auf die Oxidation von Glucose zu Gluconolacton zurückzuführen sein könnte.Abbildung S10 zeigt die Spitzenredoxströme bei Scanraten von 5–100 mV s-1 in 0.1 M NaOH-Lösung.Es ist klar, dass der Spitzenwert des Redoxstroms mit zunehmender Abtastrate zunimmt, was darauf hindeutet, dass NCO-Nanomaterialien ein ähnliches diffusionsgesteuertes elektrochemisches Verhalten aufweisen50,51.Wie in Abbildung S11 gezeigt, wird die elektrochemische Oberfläche (ECSA) von UNCO, PNCO, TNCO und FNCO auf 2.15, 1.47, 1.2 bzw. 1.03 cm2 geschätzt.Dies deutet darauf hin, dass UNCO für den elektrokatalytischen Prozess nützlich ist, da es den Nachweis von Glucose erleichtert.
CV-Kurven von (a) UNCO-, (b) PNCO-, (c) TNCO- und (d) FNCO-Elektroden ohne Glukose und ergänzt mit 5 mM Glukose bei einer Scanrate von 50 mVs-1.
Die elektrochemische Leistung von NCO-Nanomaterialien für den Glukosenachweis wurde untersucht und die Ergebnisse sind in Abb. 6 dargestellt. Die Glukoseempfindlichkeit wurde nach der CA-Methode durch schrittweise Zugabe verschiedener Konzentrationen von Glukose (0,01–6 mM) in 0,1 M NaOH-Lösung bei 0,5 bestimmt V im Abstand von 60 s.Wie in Abb.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 Eichkurve zwischen Glukosekonzentration und der aktuellen Reaktion von NCO-Nanomaterialien ist in Abb. 1 dargestellt.S12.Die berechneten Nachweisgrenzen (LOD) von NCO-Nanomaterialien lagen im Bereich von 0,0623–0,0783 µM.Gemäß den Ergebnissen des CA-Tests zeigte UNCO die höchste Empfindlichkeit (116,33 μA mM-1 cm-2) in einem breiten Nachweisbereich.Dies kann durch seine einzigartige seeigelähnliche Morphologie erklärt werden, die aus einer mesoporösen Struktur mit einer großen spezifischen Oberfläche besteht, die zahlreichere aktive Stellen für Glukosespezies bereitstellt.Die elektrochemische Leistung der in Tabelle S1 präsentierten NCO-Nanomaterialien bestätigt die hervorragende elektrochemische Glukosenachweisleistung der in dieser Studie hergestellten NCO-Nanomaterialien.
CA-Antworten von UNCO- (a), PNCO- (b), TNCO- (c) und FNCO- (d) Elektroden mit Glucosezugabe zu 0,1 M NaOH-Lösung bei 0,50 V. Die Einschübe zeigen Kalibrierungskurven der Stromantworten von NCO-Nanomaterialien: (z ) KA-Antworten von UNCO, (f) PNCO, (g) TNCO und (h) FNCO mit schrittweiser Zugabe von 1 mM Glucose und 0,1 mM Störsubstanzen (LA, DA, AA und UA).
Die Anti-Interferenz-Fähigkeit des Glukosenachweises ist ein weiterer wichtiger Faktor beim selektiven und sensitiven Nachweis von Glukose durch störende Verbindungen.Auf Abb.6e–h zeigen die Entstörungsfähigkeit von NCO-Nanomaterialien in 0,1 M NaOH-Lösung.Übliche 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-Antwort in 0,1 M NaOH untersucht wurden, wobei 1 mM Glucose über einen langen Zeitraum (80.000 s) zum Elektrolyten gegeben wurde.Die Stromreaktionen von UNCO, PNCO, TNCO und FNCO betrugen 98,6 %, 97,5 %, 98,4 % bzw. 96,8 % des Anfangsstroms bei Zugabe von zusätzlich 1 mM Glucose nach 80.000 s.Alle NCO-Nanomaterialien zeigen über einen langen Zeitraum stabile Redoxreaktionen mit Glucosespezies.Insbesondere das UNCO-Stromsignal behielt nicht nur 97,1 % seines Anfangsstroms bei, sondern behielt auch seine Morphologie und chemischen Bindungseigenschaften nach einem 7-tägigen Umwelt-Langzeitstabilitätstest (Abbildungen S14 und S15a).Darüber hinaus wurden die Reproduzierbarkeit und die Reproduzierbarkeit von UNCO getestet, wie in Abb. S15b, c gezeigt.Die berechnete relative Standardabweichung (RSD) der Reproduzierbarkeit und Wiederholbarkeit betrug 2,42 % bzw. 2,14 %, was auf potenzielle 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 durch das hydrothermale Verfahren mit Additiven hergestellten Anfangsphase zusammenhängt (Abb. S16).Das UNCO mit großer Oberfläche hat mehr elektroaktive Stellen als andere Nanostrukturen, was dazu beiträgt, die Redoxreaktion zwischen den aktiven Materialien und den Glucosepartikeln zu verbessern.Die mesoporöse Struktur von UNCO kann leicht mehr Ni- und Co-Stellen dem Elektrolyten aussetzen, um Glucose nachzuweisen, was zu einer schnellen elektrochemischen Reaktion führt.Eindimensionale Nanodrähte in UNCO können die Diffusionsgeschwindigkeit 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 Glucosenachweis 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.
Die Auswirkung der spezifischen Oberfläche auf die elektrochemischen Eigenschaften von NCO-Nanomaterialien wurde untersucht.NCO-Nanomaterialien mit unterschiedlicher spezifischer Oberfläche wurden durch ein einfaches hydrothermales Verfahren und verschiedene Additive erhalten.Unterschiedliche Zusatzstoffe gehen während der Synthese unterschiedliche chemische Reaktionen ein und bilden unterschiedliche Anfangsphasen.Dies hat zur Selbstorganisation verschiedener Nanostrukturen mit Morphologien geführt, die denen von Igel, Kiefernnadel, Tremella und Blume ähneln.Anschließendes Nachheizen 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 stark verbessert.Insbesondere die Glucosesensitivität von NCO-Nanomaterialien mit Seeigelmorphologie stieg 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 kann eine wissenschaftliche Grundlage für morphologisches Engineering liefern, um die spezifische Oberfläche anzupassen und die elektrochemische Leistung von nicht-enzymatischen 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 ein einfaches hydrothermales Verfahren mit anschließender Wärmebehandlung synthetisiert.Kurz: 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 steuern, wurden der obigen Lösung Additive wie Harnstoff, Ammoniumfluorid und Hexamethylentetramin (HMT) selektiv zugesetzt.Die gesamte Mischung wurde dann in einen mit Teflon ausgekleideten 50-ml-Autoklaven überführt und einer hydrothermalen Reaktion in einem Konvektionsofen bei 120°C für 6 Stunden unterzogen.Nach natürlichem Abkühlen auf Raumtemperatur wurde der resultierende Niederschlag zentrifugiert und mehrere Male mit destilliertem Wasser und Ethanol gewaschen und dann über Nacht bei 60°C getrocknet.Danach wurden frisch hergestellte Proben bei 400°C für 4 h in Umgebungsatmosphäre kalziniert.Die Details der Experimente sind in der ergänzenden Informationstabelle S2 aufgeführt.
Röntgenbeugungsanalyse (XRD, X'Pert-Pro MPD; PANalytical) wurde unter Verwendung von 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 einem Schritt 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 durch 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 Präparation der Proben auf KBr-Partikeln wurden Fourier-Transformations-Infrarot (FT-IR)-Spektren im Wellenzahlbereich 1500–400 cm–1 auf einem Jasco-FTIR-6300-Spektrometer aufgenommen.Raman-Spektren wurden auch unter Verwendung eines Raman-Spektrometers (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 Niedertemperatur-N2-Adsorptions-Desorptionsisothermen zu messen, um die spezifische Oberfläche und Porengrößenverteilung abzuschätzen.
Alle elektrochemischen Messungen, wie zyklische Voltammetrie (CV) und Chronoamperometrie (CA), wurden an einem PGSTAT302N-Potentiostaten (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 Abtastraten von 5-100 mV s-1 aufgezeichnet.Zur Messung der ECSA wurde CV im Bereich von 0,1–0,2 V bei verschiedenen Abtastraten (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 Verwendung von drei verschiedenen Elektroden, ergänzt mit 5 mM Glucose, unter optimalen Bedingungen getestet.Die Wiederholbarkeit wurde ebenfalls 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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