石河子大学陈龙副教授团队CEJ：路易斯酸刻蚀制备富含氧空位多通道金属掺杂Co3O4纳米片用于苹果汁/葡萄酒生物小分子检测

随着食品种类的增加，食品安全问题引起了公众关注，因此对食品中重金属离子、葡萄糖等生物小分子进行检测很有必要。然而，高效、低成本且活性位点丰富的修饰电极材料的开发仍然面临挑战。单一的过渡族金属氧化物因其富氧化还原能力表现出一定的检测性能，但其自身导电性差以及活性位点少的缺陷限制了其进一步发展。因此，通过缺陷和形貌调控策略设计富含氧空位多通道金属掺杂Co₃O₄纳米片用于检测苹果汁和葡萄酒中的生物小分子有重要意义。

基于此，石河子大学陈龙副教授团队发表了研究性文章，该论文设计合成了富含氧空位多通道金属掺杂Co₃O₄纳米片，将其应用在生物小分子检测。实验结果表明Cu掺杂Co₃O₄多通道纳米片 (Cu-Co₃O₄ MCNS)表现出最优异的性能。其检测Cd(II)和Pb(II)的灵敏度分别为8.73 µA µM^-1和20.59 µA µM^-1，对葡萄糖表现出1613.86 µA mM^-1 cm^-2的高灵敏度。同时对Cu-Co₃O₄ MCNS检测Cd(II)，Pb(II)和葡萄糖的机理也进行了进一步解释。

相关文章以题为“Oxygen vacancies enriched multi-channel-like metal-doped Co₃O₄ nanosheets by Lewis acid etching for detection of small biological molecules in apple juice and wine”发表在国际知名期刊Chemical Engineering Journal（DOI: 10.1016/j.cej.2022.140085；IF16.73）上，论文第一作者为石河子大学化学化工学院庞建祥硕士，论文通讯作者为陈龙副教授。通讯单位为石河子大学。

图1 金属掺杂Co₃O₄制备示意图及Cu-Co₃O₄ MCNS的SEM, TEM, HRTEM, SAED, Mapping表征

图2 Cu-Co₃O₄ MCNS的 XRD, XPS, EPR表征

图3 Cu-Co₃O₄ MCNS的EIS测试

图4 Cu-Co₃O₄ MCNS同时和单独检测Cd(II)和Pb(II)以及检测机理

图5 Cu-Co₃O₄ MCNS的连续性、再现性、稳定性及其在苹果汁和葡萄酒中的电化学性能

图6 Cu-Co₃O₄ MCNS的葡萄糖检测性能及其检测机理

本文设计合成富含氧空位的金属掺杂Co₃O₄多通道状纳米片。通过实验分析可以发现Cu-Co₃O₄ MCNS由于其Co²⁺/Co³⁺、Cu²⁺/Cu³⁺循环和氧空位的协同作用表现出优异的电化学性能。本工作不仅研究了氧空位和Cu掺杂Co₃O₄对HMIs和葡萄糖检测的影响，也为金属离子掺杂在传感领域的应用提供了基础。

Jianxiang Pang, Kaiwen Sun, Shan Jin, Juan Hou, Gang Wang, Kaisheng Sun, Yang Zheng, Yan Zhang, Long Chen*, Oxygen vacancies enriched multi-channel-like metal-doped Co₃O₄ nanosheets by Lewis acid etching for detection of small biological molecules in apple juice and wine, Chemical Engineering Journal (2022) DOI: 10.1016/j.cej.2022.140085.

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