Anti-fouling TiO2-Coated Polymeric Membrane Ion-Selective Electrodes with Photocatalytic Self-Cleaning Properties

结垢 化学 膜污染 生物污染 化学工程 电极 离子 光催化 纳米技术 有机化学 材料科学 生物化学 物理化学 工程类 催化作用
作者
Tonghao Liu,Rongning Liang,Wei Qin
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:95 (16): 6577-6585 被引量:13
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.2c05514
摘要

Nowadays, using a polymeric membrane ion-selective electrode (ISE) to achieve reliable ion sensing in complex samples remains challenging because of electrode fouling. To address this challenge, we describe a polymeric membrane ISE with excellent anti-fouling and self-cleaning properties based on surface covalent modification of an anatase TiO2 coating. Under ultraviolet illumination, the reactive oxygen species produced by photocatalytic TiO2 can not only kill microorganisms but also degrade organic foulants into carbon dioxide and water, and a formed superhydrophilic film can effectively prevent the adsorption of foulants, thus inhibiting the occurrence of biofouling and organic fouling of the sensors. More importantly, residual foulants could be fully self-cleaned through the flow of water droplets. By using Ca2+-ISE as a model, an anti-fouling polymeric membrane potentiometric sensor has been developed. Compared to the unmodified electrode, the TiO2-coated Ca2+-ISE exhibits remarkably improved anti-biofouling properties with a low bacterial adhesion rate of 4.74% and a high inhibition rate of 96.62%. In addition, the proposed electrode displays unique properties of anti-organic dye fouling and a superior self-cleaning ability even after soaking in a concentrated bacterial suspension of 109 CFU mL-1 for 60 days. The present approach can be extended to improve the fouling resistance of other electrochemical or optical membrane sensors and is promising for the construction of contamination-free sensors.
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