Highly Stable and Selective Sensing of Hydrogen Sulfide in Living Mouse Brain with NiN4 Single-Atom Catalyst-Based Galvanic Redox Potentiometry

化学 原电池 催化作用 氧化还原 硫化氢 电化学 电位滴定法 电位传感器 电极 钝化 硫化物 无机化学 硫黄 有机化学 物理化学 图层(电子)
作者
Cong Pan,Fei Wu,Junjie Mao,Wenjie Wu,Gang Zhao,Wenliang Ji,Wenjie Ma,Ping Yu,Lanqun Mao
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (32): 14678-14686 被引量:57
标识
DOI:10.1021/jacs.2c04695
摘要

Hydrogen sulfide (H2S) is recognized as a gasotransmitter and multifunctional signaling molecule in the central nervous system. Despite its essential neurofunctions, the chemical dynamics of H2S during physiological and pathological processes remains poorly understood, emphasizing the significance of H2S sensor development. However, the broadly utilized electrochemical H2S sensors suffer from low stability and sensitivity loss in vivo due to sulfur poisoning-caused electrode passivation. Herein, we report a high-performance H2S sensor that combines single-atom catalyst strategy and galvanic redox potentiometry to overcome the issue. Atomically dispersed NiN4 active sites on the sensing interface promote electrochemical H2S oxidation at an extremely low potential to drive spontaneous bipolarization of a single carbon fiber. Bias-free potentiometric sensing at open-circuit condition minimizes sulfur accumulation on the electrode surface, thus significantly enhancing the stability and sensitivity. The resulting sensor displays high selectivity to H2S against physiological interferents and enables real-time accurate quantification of H2S-releasing behavior in the living mouse brain.
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