Fe Single-Atom Electrochemical Sensors for H2O2 Produced by Living Cells

催化作用 血红素 电化学 Atom(片上系统) 咪唑酯 检出限 基质(水族馆) 碳纤维 碳化 电化学气体传感器 沸石咪唑盐骨架 辣根过氧化物酶 愈创木酚 材料科学 纳米技术 化学 电极 无机化学 物理化学 金属有机骨架 有机化学 吸附 复合数 计算机科学 嵌入式系统 血红素 海洋学 色谱法 复合材料 地质学
作者
Yi Liang,Peng Zhao,Jilin Zheng,Yuanyuan Chen,Yiyi Liu,Jia Zheng,Xiaogang Luo,Danqun Huo,Changjun Hou
出处
期刊:ACS applied nano materials [American Chemical Society]
卷期号:5 (8): 11852-11863 被引量:33
标识
DOI:10.1021/acsanm.2c02853
摘要

Reasonable sensor construction for precisely real-time detecting H2O2 produced from living cells has always been of great significance and challenges. Due to the excellent catalytic efficiency and unparalleled peroxidase-like activity, single-atomic catalysts with Fe-Nx active sites show great potential in H2O2 detection. These special atomic active sites make it easier for the Fenton reaction to occur, which provides basic support for H2O2 sensors. Their application in the in situ real-time detection of H2O2 has important market prospects. Herein, single-atomic Fe catalysts with distorted graphitic carbon are obtained through a simpler preparation method. A precursor hemin@zeolitic imidazolate framework-8 (hemin@ZIF-8) is calcined at a high temperature and carbonized to get the nitrogen-carbon codoped Fe single atoms (Fe SAs-N/C) and then successfully prepare a H2O2 electrochemical sensor by modifying it on a glassy carbon electrode (GCE). Its peroxidase activity is calculated by enzymatic kinetics, which shows a better peroxidase activity compared with horseradish peroxidase and other reported single-atom (SA) materials. Moreover, the electrocatalytic kinetics is explained by Laviron calculation, which more directly confirms that it has a faster electron transfer rate. Importantly, Fe SAs-N/C@GCE has a wider linear range than sensors combined with other SA materials and a low detection limit of 0.34 μM. It is an attractive design of H2O2 sensors and single-atomic catalysts with superior substrate affinity that are novel alternatives to natural enzymes.
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