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石河子大学洪成林教授Small：NiCo-LDH中空纳米笼析氧反应促进鲁米诺电化学发光

时间：2023-11-20 来源：浏览：

石河子大学洪成林教授Small：NiCo-LDH中空纳米笼析氧反应促进鲁米诺电化学发光

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第一作者：梁文进

通讯作者：洪成林

通讯单位：石河子大学

论文 DOI ： 10.1002/smll.202306473

一、 【导读】

电化学发光（ electrochemiluminescence ， ECL ）作为一种背景信号低、灵敏度高、检测范围宽和操作简单的分析方法，广泛应用于环境检测、食品安全分析和生物医学诊断等领域。在传统的鲁米诺 ECL 体系中，过氧化氢（ H ₂ O ₂ ）和溶解氧（ O ₂ ）是常见的共反应物。在碱性溶液中可以分解生成活性氧（ ROS ）以提高鲁米诺的 ECL 发射。此外，各种高效共反应促进剂的加入也进一步增强了鲁米诺的 ECL 信号。然而， H ₂ O ₂ 在电极 - 电解质界面处容易发生自分解， O ₂ 向 ROS 的转化效率低且在水中的溶解度有限，这严重影响了鲁米诺 ECL 的稳定性和准确性，同时也限制了鲁米诺 ECL 系统的应用。因此，开发新型的鲁米诺共反应体系和共反应促进剂来实现 ROS 的稳定高效产出，对鲁米诺 ECL 系统具有重要意义。

二、【成果掠影】

近日，石河子大学洪成林教授团队首次采用具有空心结构和缺陷态的镍钴层状双金属氢氧化物（ NiCo-LDH ）中空纳米笼作为共反应促进剂，增强了鲁米诺 -H2O 体系的 ECL 发射。得益于空心结构和缺陷态， NiCo-LDH 中空纳米笼显示优异的析氧反应（ OER ）催化活性，可以稳定高效的产生 ROS ，增强 ECL 发射。此外，机理探究表明，参与鲁米诺 -H ₂ O 体系共反应的 ROS 来源于 OER 反应过程， ECL 强度与共反应促进剂的 OER 催化活性存在正相关关系。选择具有优异 OER 催化活性的催化剂是提高 ECL 发射的关键因素。最后，利用 NiCo-LDH 中空纳米笼对鲁米诺 -H ₂ O ECL 体系的促进作用，构建了一种双模式免疫传感器，用于甲胎蛋白（ AFP ）的检测和分析。这项工作为 OER 参与的鲁米诺 ECL 体系提供了新的见解，并为新型共反应促进剂的开发指明了方向。

该工作以 “NiCo-LDH Hollow Nanocage Oxygen Evolution Reaction Promotes Luminol Electrochemiluminescence” 为题发表在《 Small 》上。石河子大学化学化工学院硕士生梁文进为论文第一作者，石河子大学化学化工学院洪成林教授为论文通讯作者。

三、【核心创新点】

1. 创新性的开发了一种新型 NiCo-LDH 中空纳米笼作为共反应促进剂。其出色的 OER 催化活性和对 ECL 强度和稳定性的提升得到了充分展示。

2. 研究了鲁米诺 /H ₂ O 体系的反应机理，得出选择具有优良 OER 催化活性的催化剂是改善 ECL 发射的关键，为 OER 参与的鲁米诺 ECL 体系提供了新的见解。

3. 基于 NiCo-LDH 中空纳米笼构建的双模式免疫传感器，为 AFP 的检测和分析提供了新的思路。

四、【数据概览】

图 1. (a) Co-LDH 和 NiCo-LDH 的合成示意图； (b-d) ZIF-67 、 Co-LDH 和 NiCo-LDH 的 SEM 图像； (e-h) ZIF-67 、 Co-LDH 和 NiCo-LDH 的 TEM 图像； (i) NiCo-LDH 的 HRTEM 图像； (j) NiCo-LDH 的 EDS 元素映射图像。

图 2. ZIF-67 ， Co-LDH 和 NiCo-LDH 的 (a) XRD 谱图， (b) FT-IR 谱图， (c) N ₂ 吸附 - 脱附等温线； NiCo-LDH 的 XPS 能谱： (d) Co 2p ， (e) Ni 2p ， (f) O 1s ； ZIF-67 ， Co-LDH 和 NiCo-LDH 的 (g) XPS Co 2p 能谱， (h) XPS O 1s 能谱， (i) EPR 谱图。

图 3. ZIF-67 ， Co-LDH 和 NiCo-LDH 的 (a) LSV 曲线， (b) 电流密度为 10 mA·cm ^-2 时的过电位， (c) Tafel 图， (d) EIS 图， (e) 电流密度 (Δj/2) 与扫描速率的线性图， (f) 在含有 1 mM 的鲁米诺溶液中的 ECL 强度。

图 4. NiCo-LDH/GCE 在 luminol-H ₂ O ECL 系统中通过步进脉冲在 (a) 0.6-1.2 V ， (b) 1.2-0.6 V 的 ECL 瞬态； (c) NiCo-LDH/GCE 在正向扫描和负向扫描时的 ECL 信号； (d) NiCo-LDH/GCE 在 O ₂ 、 Air 和 N ₂ 饱和溶液中的 CV 和 ECL 信号； (e) NiCo-LDH/GCE 在 0-1.2V 和 0.3-1.2 V 范围内的 CV 和 ECL 信号； (f) 使用不同浓度的活性氧清除剂 (NBT 和硫脲 ) 后 ECL 强度均受到抑制； (g) NiCo-LDH 作为共反应促进剂的鲁米诺 -H ₂ O ECL 体系的反应机理解释。

图 5. 免疫传感器的构建示意图。

图 6. (a) 不同浓度 AFP 的 ECL 强度和 (b) ECL 强度与 AFP 浓度之间的线性关系； (c) 不同浓度 AFP 的 DPV 强度和 (d) DPV 强度与 AFP 浓度之间的线性关系。

五、【成果启示】

受 OER 介导的鲁米诺 ECL 机理的启发，首次使用具有空心结构和缺陷态的 NiCo-LDH 中空纳米笼作为共反应促进剂，增强了鲁米诺 -H ₂ O 体系的 ECL 发射。研究了鲁米诺 /H ₂ O 体系的反应机理，得出选择具有优良 OER 催化活性的催化剂是改善 ECL 发射的关键。这项工作为 OER 参与的鲁米诺 ECL 体系提供了新的见解，并为新型共反应促进剂的开发指明了方向。

原文链接 ： https://doi.org/10.1002/smll.202306473

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