Mechanism of Nitrogen-Doped Ti3C2 Quantum Dots for Free-Radical Scavenging and the Ultrasensitive H2O2 Detection Performance

材料科学 量子点 激进的 过氧化氢 荧光 清除 活性氧 密度泛函理论 检出限 光化学 猝灭(荧光) 抗氧化剂 兴奋剂 纳米技术 化学 光电子学 计算化学 有机化学 物理 量子力学 生物化学 色谱法
作者
Lifeng Wang,Ningning Zhang,Yan Li,Wenhui Kong,Jingyun Gou,Yujuan Zhang,Lu‐Ning Wang,Guanghua Yu,Ping Zhang,Huhu Cheng,Liangti Qu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (36): 42442-42450 被引量:40
标识
DOI:10.1021/acsami.1c11242
摘要

MXene quantum dots feature favorable biological compatibility and superior optical properties, offering great potential for biomedical applications such as reactive oxygen species (ROS) scavenging and fluorescence sensing. However, the ROS scavenging mechanism is still unclear and the MXene-based materials for ROS sensing are still scarce. Here, we report a nitrogen-doped titanium carbide quantum dot (N-Ti3C2 QD) antioxidant with effective ROS scavenging ability. The doped nitrogen atoms promote the electrochemical interaction between N-Ti3C2 QDs and free radicals and thus enhance their antioxidant performance. Density functional theory (DFT) simulations reveal the hydroxyl radical quenching process and confirm that the doped N element promotes the free-radical absorption ability, especially for -F and -O functional groups in N-Ti3C2 QDs. Furthermore, N-Ti3C2 QDs show rapid, accurate, and remarkable sensitivity to hydrogen peroxide in the range of 5 nM-5.5 μM with a limit of detection of 1.2 nM within 15 s, which is the lowest detection limit of the existing fluorescent probes up to now. Our results provide a new category of antioxidant materials, a real-time hydrogen peroxide sensing probe, promoting the research and development of MXene in bioscience and biotechnology.
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