湘潭大学Carbon：新型多巴胺光电化学传感器

一、研究背景

多巴胺作为人体内重要的神经递质，在调节生理功能等方面发挥着重要作用。其次，也会影响人体的中枢神经系统、心血管系统以及肾脏的正常功能。此外，当人体内多巴胺含量发生异常，将会引发一系列并发症（阿尔茨海默症、帕金森病等）的产生。因此，准确测定多巴胺对疾病的诊断和监测尤为重要。相比其他检测方法，光电化学（PEC）传感不仅具有操作简单、成本低、检测速度快等优点，还具有较低的背景信号、较高的灵敏度和较低的检测限。这无疑是为多巴胺的监测提供了有效的检测手段。

二、文章简介

近日，湘潭大学化学学院王晨曦博士研究生为第一作者，费俊杰教授为通讯作者的研究成果《An ultra-sensitive dopamine photoelectrochemical sensing platform based on two-dimensional Zn carbon nanosheets, hollow Cu₂O and CdTe QDs composite films》在国际知名期刊《Carbon》（中科院top期刊，IF=11.307）发表。在这项工作中，将原位合成的ZIF-8/NaCl纳米复合材料进行700℃热处理后，得到了二维Zn碳纳米片（CNs），再与多壁碳纳米管（MWCNTs）进行了超声混合，得到了具有大比表面积和优异催化性能的复合纳米材料Zn CNs-MWCNTs。同时，将光电材料H-Cu₂O/CdTe QDs滴涂在Zn CNs-MWCNTs/GCE上，得到了修饰电极Zn CNs-MWCNTs/H-Cu₂O/CdTe QDs/GCE。最终，构建一种基于Zn CNs-MWCNTs/H-Cu₂O/CdTe QDs复合薄膜的新型多巴胺光电化学传感器。其中，H-Cu₂O/CdTe QDs的光电流强度远远高于纯H-Cu₂O和纯CdTe QDs，这是由于CdTe QDs和H-Cu₂O的有效结合形成了p-p异质结，可以有效抑制电子-空穴对的重组。随后，通过Kubelka-Munk模型深入研究了该光电化学传感器的工作机制。同时，该光电化学传感器具有可靠的选择性、稳定性、重现性和检测限（LOD=0.3 nM），也为多巴胺的检测提供了新的思路。

三、本文要点

要点一：不同材料的微观结构表征

Fig. 1. SEM images ofMWCNTs(a), ZnCNs(b), Zn CNs-MWCNTs (c), H-Cu₂O (d), H-Cu₂O/

CdTe QDs (e), Zn CNs-MWCNTs/H-Cu₂O/CdTe QDs (f); Mapping images of Zn CNs-MWCNTs/

H-Cu₂O/CdTe QDs (g–n).

要点二：光电化学性能和光学性能的研究

Fig. 2.(A)Photocurrentresponse of CdTe QDs/GCE (a), Zn CNs-MWCNTs/CdTe QDs/GCE (b), H-Cu₂O/GCE (c), Zn CNs-MWCNTs/H-Cu₂O/GCE (d), H-Cu₂O/CdTe QDs/GCE (e), Zn CNs-MWCNTs/H-Cu₂O/CdTe QDs/GCE (f) in PBS (0.1 M, pH = 7.0). (B) Histogram of photocurrent values of different modified electrodes. (C)EISplot ofGCE, CdTe QDs/GCE, Zn CNs-MWCNTs/GCE, H-Cu₂O/GCE, H-Cu₂O/CdTe QDs/GCE, Zn CNs-MWCNTs/H-Cu₂O/CdTe QDs/GCE. (D)DRSspectra of CdTe QDs, H-Cu₂O and H-Cu₂O/CdTe QDs. (E) Plot of (Ahν)^1/2versus the energy (hν) for theband gap energyof CdTe QDs, H-Cu₂O and H-Cu₂O/CdTe QDs. (F)PLspectra of CdTe QDs, H-Cu₂O and H–Cu₂O/CdTe QDs.

要点三：光电传感器的检测性能研究

Fig. 3. (A)Photocurrentresponse of the Zn CNs-MWCNTs/H-Cu₂O/CdTe QDs/GCE to different concentration of DA from 0 to 100 nM (a to j). (B) The linear relationship between the change of photocurrent and the logarithm value of the DA concentration. (C) The changes (%) of photocurrent response on Zn CNs-MWCNTs/H-Cu₂O/CdTe QDs/GCE in PBS (0.1 M, pH = 7.0) containing different substances. (D) Stability of Zn CNs-MWCNTs/H-Cu₂O/CdTe QDs/GCE in the presence and absence of DA. (E) Photocurrent responses of five independent electrodes prepared under the same conditions.

四、结论

Scheme. 1(A) The synthesis of the materials and the construction process of Zn CNs-MWCNTs/H–Cu2O/CdTe QDs/GCE modified electrode. (B) Schematic diagram of the mechanism of the photoelectrochemical sensor based on Zn CNs-MWCNTs/H–Cu2O/CdTe QDs/GCE for dopamine detection.

在本文中，H-Cu₂O/CdTe QDs p-p异质结作为一种新型的光电材料，在光照条件下具有优异的光电流响应，这是由于该材料能够有效提高电子-空穴对的分离效率。接着，通过原位合成、热处理和超声等方法合成一种比表面积大、活性位点丰富的复合纳米材料Zn CNs-MWCNTs。其次，利用SEM、XPS、XRD、DRS和PL等表征手段对复合材料Zn CNs-MWCNTs/H-Cu₂O/CdTe QDs进行相应的表征。随之，建立一种基于Zn CNs-MWCNTs/H-Cu₂O/CdTe QDs复合薄膜的新型多巴胺光电化学传感器。同时，该光电化学传感器具有优异的光电化学性能和检测性能，对多巴胺的检测表现出较高的灵敏度，可用于真实样品的检测。此外，这项工作也为多巴胺的检测提供了一种新的思路。

文章链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0008622322005322#

课题组官网：

https://www.x-mol.com/groups/fei_junjie

本文由作者供稿。