MXene-Coated Ion-Selective Electrode Sensors for Highly Stable and Selective Lithium Dynamics Monitoring

纳米片 材料科学 耐久性 锂(药物) 背景(考古学) 涂层 电极 纳米技术 电化学 计算机科学 化学 复合材料 医学 古生物学 物理化学 内分泌学 生物
作者
Yuankai Huang,Moyosore A. Afolabi,Lan Gan,Su Liu,Yongsheng Chen
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:58 (2): 1359-1368 被引量:11
标识
DOI:10.1021/acs.est.3c06235
摘要

Lithium holds immense significance in propelling sustainable energy and environmental systems forward. However, existing sensors used for lithium monitoring encounter issues concerning their selectivity and long-term durability. Addressing these challenges is crucial to ensure accurate and reliable lithium measurements during the lithium recovery processes. In response to these concerns, this study proposes a novel approach involving the use of an MXene composite membrane with incorporated poly(sodium 4-styrenesulfonate) (PSS) as an antibiofouling layer on the Li+ ion selective electrode (ISE) sensors. The resulting MXene-PSS Li+ ISE sensor demonstrates exceptional electrochemical performance, showcasing a superior slope (59.42 mV/dec), lower detection limit (10–7.2 M), quicker response time (∼10 s), higher selectivity to Na+ (−2.37) and K+ (−2.54), and reduced impedance (106.9 kΩ) when compared to conventional Li+ ISE sensors. These improvements are attributed to the unique electronic conductivity and layered structure of the MXene-PSS nanosheet coating layer. In addition, the study exhibits the long-term accuracy and durability of the MXene-PSS Li+ ISE sensor by subjecting it to real wastewater testing for 14 days, resulting in sensor reading errors of less than 10% when compared to laboratory validation results. This research highlights the great potential of MXene nanosheet coatings in advancing sensor technology, particularly in challenging applications, such as detecting emerging contaminants and developing implantable biosensors. The findings offer promising prospects for future advancements in sensor technology, particularly in the context of sustainable energy and environmental monitoring.
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