Chem. Eur. J. :在镍基氢氧化物上生长的导电金属有机框架可实现高性能电化学葡萄糖传感

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扬州大学庞欢课题组通过原位生长策略,将导电金属有机框架与镍基氢氧化物复合。镍基氢氧化物具有高比表面积和氧化还原活性,导电金属有机框架将有机材料的结构可控性与无机材料的长程有序性以及高电子迁移率的特性完美地结合在一起。这种集成有效地增强了葡萄糖检测的性能。



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金属有机框架(MOFs)是一种新型多孔材料,由有机连接体和金属或簇节点组成。近年来,由于其出色的物理和化学性能(如高比表面积、多重孔隙率和多金属位点等),MOFs在能源、催化、吸附、气体储存与分离、药物输送以及化学传感器等领域得到了广泛的探索。在已知的MOFs中,具备氧化还原活性的MOFs尤其引人关注,被视为具有潜力的葡萄糖传感器材料。然而,大多数传统MOFs的导电性较差,在作为电极材料时表现不佳。导电金属有机框架(cMOFs)具备特有的高电子迁移率,打破了MOFs材料几乎不导电的限制,开始被人们广泛关注。许多研究报道了导电MOFs在电化学方面的应用。然而,在生物分子传感器方面的报道较少。此外,基于导电MOFs的大部分电化学传感器通过聚合物粘合剂来保持稳定性,这不仅增加了串联电阻,而且阻碍了活性位点以及目标分子的扩散。因此,开发高效、低成本、稳定的电化学分析装置对人类健康和食品工业中葡萄糖监测带来了挑战。


过渡金属氢氧化物是在碱性电解质中进行电化学试验的理想选择。镍基氢氧化物是一种典型的过渡金属氢氧化物,具有高比表面积和氧化还原活性,被广泛应用于电化学领域。然而,镍基氢氧化物的导电性差,从而限制了其在高性能电化学传感中的应用。


基于上述考虑,作者认为镍基氢氧化物和cMOFs的组合作为电极修饰材料应该可以增强葡萄糖检测性能。随后,作者通过在镍基氢氧化物基底上原位生长cMOFs纳米棒合成了一系列Ni(OH)2@NiCo-HHTP和NiM-LDH@Ni-HHTP(M = Mn Co Cu)复合材料。c-MOF纳米棒的高导电性促进了电子的传输,此外cMOFs生长在片层材料的两侧,也避免了二维层状氢氧化物纳米片紧密堆积后活性位点的减少。这种复合有效地增强了葡萄糖检测的性能。其中,NiCuLDH@Ni-HHTP在0.65 V电位下表现出最佳的葡萄糖检测灵敏度(2432.03 mA/(M cm2)),其线性检测区间为0.0005~2.6655 mM,检测限为0.0176 μM。因此,该策略为设计和开发高效葡萄糖传感器提供了新的机会。

文信息

Conductive Metal-Organic Framework Grown on the Nickel-Based Hydroxide to Realize High-Performance Electrochemical Glucose Sensing

Prof. Rongmei Zhu, Yongzhen Song, Jinliang Hu, Keda Zhu, Limei Liu, Yuxuan Jiang, Liru Xie, Prof. Huan Pang


Chemistry – A European Journal 

DOI: 10.1002/chem.202400982




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