Direct growth of two-dimensional phthalocyanine-based COF on Cu-MOF to construct a photoelectrochemical-electrochemical dual-mode biosensing platform for high-efficiency determination of Cr(iii)

生物传感器 电化学 水溶液 异质结 水溶液中的金属离子 材料科学 检出限 选择性 酞菁 共价有机骨架 离子 电极 纳米技术 化学 多孔性 色谱法 物理化学 光电子学 有机化学 复合材料 催化作用
作者
Shuai Zhang,Kun Chen,Lei Zhu,Miaoran Xu,Yingpan Song,Zhihong Zhang,Miao Du
出处
期刊:Dalton Transactions [Royal Society of Chemistry]
卷期号:50 (40): 14285-14295 被引量:29
标识
DOI:10.1039/d1dt02710g
摘要

A photoelectrochemical (PEC)-electrochemical (EC) dual-mode biosensing strategy based on COF@MOF heterostructure was developed for efficiently analyzing Cr(III) ions. A two-dimensional phthalocyanine-based COF (CoPc-PT-COF) was in situ grown on a Cu-based MOF (Cu-MOF) substrate via covalent binding between carboxyl groups in Cu-MOF and amino groups in CoPc-PT-COF (denoted as CoPc-PT-COF@Cu-MOF). The coexistence of both phthalocyanine and bipyridine in CoPc-PT-COF@Cu-MOF affords the outperformed electro- and photo-activities, thus serving as a photoelectric beacon with favorable energy-band configuration and amplified electrochemical response. Due to the high porosity and rich functionality of the obtained heterostructure, the DNA strands can be tightly anchored over CoPc-PT-COF@Cu-MOF via diverse interactions. Thanks to the specific recognition between DNA strands and Cr3+ ions, the CoPc-PT-COF@Cu-MOF-based biosensor can be used to determine Cr3+ ions in an aqueous environment by PEC-EC mode. The gained biosensor shows an extremely low limit of detection (LOD) of 14.5 fM (for PEC) and 22.9 fM (for EC) within the Cr3+ concentration range from 0.1 pM to 100 nM, along with high selectivity, good reproducibility and stability. Moreover, this novel biosensor exhibits acceptable applicability for analyzing the trace Cr3+ from diverse samples (e.g., river and tap water). As a result, this work provides new insights into the construction of a high-efficiency PEC-EC dual-mode biosensor for detecting heavy metal ions from complex environments.
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