Single-Atom Ru Biomimetic Nanozyme for the Electrochemical Sensing of Hydrogen Peroxide

过氧化氢 电化学 化学 氢原子 光化学 Atom(片上系统) 组合化学 纳米技术 材料科学 生物化学 电极 有机化学 计算机科学 物理化学 烷基 嵌入式系统
作者
Juan Jia,Yu Fan,Eslam M. Hamed,Sam Fong Yau Li,Li Zhu,Baoyue Cao,Yanyan Zhu
出处
期刊:ACS applied nano materials [American Chemical Society]
卷期号:7 (10): 11984-11994 被引量:8
标识
DOI:10.1021/acsanm.4c01587
摘要

A rational design of high-efficiency single atoms represents a desirable goal for the construction of efficient electrochemical devices. Nevertheless, their activity is constricted by the exposure of single atoms to reactants. Herein, novel ruthenium (Ru) single atom anchored on graphene frameworks (GFs) that feature interconnected porous structures (defined as Ru SA/GFs) is synthesized through a one-step photoreduction strategy. Ru SA/GFs possess additional structural merits that favor promoting reactant transport and maximizing the efficacy of single atoms, which manifest notable amplified electrocatalytic-reduction activity toward hydrogen peroxide (H2O2) than that of Ru nanoparticles/GFs, indicating the remarkable biomimetic nanozyme-like activity of Ru SA/GFs toward H2O2. Density functional theory (DFT) calculations reveal that Ru SA/GFs with atomically dispersed Ru significantly facilitate the electrochemical reduction efficiency toward H2O2. In addition, a sensitive Ru SA/GFs-based electrochemical sensing platform for the detection of H2O2 with a low detection limit of 0.063 μM is developed and demonstrated. This work not only exploits an innovative approach to synthesize single-atom Ru anchored on GFs for the construction of an efficient biomimetic H2O2 electrochemical sensor but also contributes to the broader utilization of Ru single atom in the advancement of diverse high-performance electrochemical devices.
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