DOI:10.1016/j.snb.2020.128243
過氧化氫（H2O2）檢測在許多工業和生物過程中都是必不可少的。H2O2電化學傳感器的當前應用通常受到貴金屬電催化劑的高成本和復雜儀器要求的限制。在此，研究者展示了一種高活性的非貴金屬鈷/碳納米復合電催化劑，可在多種傳感器平臺上進行有效的H2O2感測，包括常規的玻璃碳電極（GCEs）、獨立式膜電極和絲網印刷電極（SPEs）。該納米復合材料是由含沸石咪唑骨架（即ZIF-67）粒子的電紡聚丙烯腈納米纖維碳化合成的。所制備的分層多孔氮摻雜碳納米纖維膜包含中空介孔碳顆粒和暴露的鈷納米顆粒，其具有足夠的機械強度作為自支撐膜，并且還具有高導電性。因此，當使用GCEs進行測試時，它表現出300 μA/cm2·mM的超高靈敏度和10μM的檢測限，低于美國FDA允許的食品包裝中H2O2的殘留限值。當用作獨立式薄膜電極時，其線性檢測范圍可擴展至50 mM。它對H2O2感測具有高度的特異性，對多種干擾分析物無響應。此外，當與便攜式穩壓器和移動電話集成時，它可以在SPEs上進行移動H2O2檢測。這種新型納米復合電催化劑可以為實際的H2O2傳感應用開辟各種新的機遇。
圖1.Co-NC/CNF膜的結構、合成及其照片的示意圖。
圖2.Co-NC/CNF電催化劑的微觀結構。（a-b）不同放大倍數的SEM圖像。（c-d）不同放大倍數的TEM圖像。（e）HAADF圖像及其右側的C、N、Co和O元素映射。
圖3.Co-CN/CNF和原始CNFs的理化特性。（a）XRD圖、（b）拉曼光譜、（c）氮氣吸附等溫線和（d）孔徑分布。
圖4.XPS對原始CNFs和Co-NC/CNF的表面表征。（a）Co-NC/CNF的XPS全掃描光譜和（b）Co2p光譜，（c）原始CNFs和Co-NC/CNF的C1s光譜和（b）N1s光譜以及XPS光譜的去卷積，分別鑒定出不同化學鍵中的C和N。
圖5使用GCEs和標準實驗室電化學工作站評估不同電催化劑對H2O2的感測性能。（a）通過在-0.5V下的安培測試測定其靈敏度，插圖顯示了不同電催化劑的檢測靈敏度。（b）在不同的H2O2濃度下，Co-NC/CNF的i-t曲線。插圖顯示了電流密度與H2O2濃度的關系圖。（c）檢測Co-NC/CNF和原始CNFs檢測限的電流響應。（d）添加不同的干擾物后，Co-NC/CNF對H2O2檢測的選擇性。（e）Co-NC/CNF的穩定性測試結果。（f）演示使用Co-NC/CNF檢測食品樣品中的H2O2。
圖6.獨立式電極對H2O2的感測性能。（a）Co-NC/CNF和原始CNF的計時安培i-t曲線，以及（b）在0.2 M PBS電解質中連續添加1 mM H2O2時，沉積在三種不同的自立式碳基板上的Co-NCs。（c）比較不同獨立式電極的電流響應。（d）在5至20 mM的H2O2濃度下收集的計時電流法i-t曲線。插圖為電流-濃度圖，展示了擴展的線性感測范圍。
圖7.（a）用于便攜式H2O2感測實驗裝置的示意圖。（b）分別用Co-NC/CNF和原始CNFs沉積的SPEs在0.2 M磷酸鹽緩沖液中加入H2O2進行安培檢測。插圖顯示了數據的線性。（c）用于H2O2感測的SPEs的電流響應比較。
