牛津大学DavisJACS:连续和极化调谐的氧化还原电容阴离子传感器

通讯作者:Robert Hein;PaulD. Beer;JasonJ. Davis
通讯单位:牛津大学
连续、实时的离子传感在各种环境和医疗场景中具有重要价值,但仍未得到充分发展。
牛津大学Jason J. Davis教授、Robert Hein和Paul D. Beer展示了一种基于氧化还原电容光谱的灵敏且适应性强的离子传感器。相关工作以“Continuous and Polarization-Tuned Redox Capacitive Anion Sensing at Electroactive Interfaces”为题发表在Journal of the American Chemical Society上。
图1. (A)金电极上1.XB/HBSAM的示意图。(B)1.XBSAM在ACN/H2O(99:1)、100 mM TBAClO4和10 mMHClO4中的CV和SWV。(C)1.XBSAM在ACN/H2O(99:1)、100 mM TBAClO4和10 mMHClO4中E1/2(黑色方块)的电容性奈奎斯特图。每个数据点代表不同交流频率下的测量结果。然后获得薄膜(氧化还原)电容作为拐点频率(fr)处的实际电容C',大约为半圆直径。
要点1. 在氧化还原活性卤素键合二茂铁间苯二甲酰胺自组装单层中对阴离子的连续流动传感。阴离子结合后,电活性界面的氧化还原分布及其相关的氧化还原电容被可逆地调节,提供简单而直接的感官读数。
要点2. 氧化还原电容可以在自由选择的恒定电极极化下进行监测,提供了一种简单的方法来调节传感器分析性能和阴离子结合亲和力,最多可调节1个数量级。
在分析性能和适应性方面超越标准伏安法,为开发高灵敏度和独特的可调离子传感器铺平了道路。这种方法还可以作为一种强大且前所未有的方法,可以同时调节和监测氧化还原活性界面处主体-客体相互作用的热力学和动力学。
图2. 作为1.XBSAM在ACN/H2O(99:1),100mM中的电极电位(即氧化还原状态密度(DOS))的函数的SWV(黑色)和氧化还原电容Cr(绿色三角形)的比较TBAClO4和10 mMHClO4。Cr(E)是在固定频率fr下获得的。示意图描绘了不同电位状态下氧化和还原阴离子受体的比率,其中二茂铁/二茂铁单元分别以橙色和蓝色突出显示。
图3. 阴离子结合诱导氧化还原分布阴极位移的示意图。红色圆圈(阴离子)描述了在持续施加的电位(E1/2)下测得的氧化还原电容的减少。下面示意性地说明了氧化:中性(还原)受体的相关比率,突出了阴离子结合诱导的界面“氧化”,伴随着整体阴离子结合强度(“自我放大”)的增加。
图4. (A) 1.XBSAM对 HSO4−在E1/2(黑色)、E1105(绿色)、E-200(蓝色)和E+100(红色)在连续电解液流下的氧化还原电容响应定制流通池(流通池体积=100 μL,流速Q=500 μL min-1)。(A)中的每个尖峰代表对浓度增加至50 mM的HSO4-等分试样(VSample=0.5Ml)的响应,绝对信号根据初始表面极化增加或减少。(B)相应的基线校正响应等温线。实线和虚线代表根据Langmuir- Freundlich模型的拟合。为了更简单的比较,黑色虚线代表E1/2处的镜像电容响应,突出了E1/2处的更陡峭的响应斜率和增强的阴离子结合幅度与E-105处的对比。误差棒代表来自至少三个独立实验的一个标准偏差。阴影区域代表95%的置信区间。
链接:
https://doi.org/10.1021/jacs.1c09743
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