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静电纺丝构建3D光敏生物杂化电极

2021-11-29   易丝帮

在本研究中,通过将电纺(e-spun)3D氧化铟锡(ITO)与三聚体超复合光系统I和小的电化学活性蛋白细胞色素c(cyt c)相结合构建了一种生物杂化电极。通过将聚环氧乙烷(PEO)和ITO纳米颗粒的混合物静电纺丝到ITO载玻片上,然后通过烧结复合材料去除PEO,从而形成ITO 3D表面。尽管光系统I仅在这些3D电极上产生很小的光电流,而cyt c与电纺3D ITO的共固定则产生了清晰的光电化学信号。通过控制静电纺丝时间(10分钟和60分钟)来缩减3D ITO层的厚度,从而增强光电流。此外,还分析了不同光照强度下电极的几个性能参数。

 

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图1.涉及能级的电子流路径图。


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图2.显示ITO/PEO电纺电极表面的SEM图像:a)烧结前b)烧结后。白条代表1.0µm。


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图3.30°倾斜电纺ITO层的SEM图像:a)10分钟电纺,b)60分钟电纺电极(白条代表100µm)。c)PBS缓冲液(5.0mM,pH7)中三种不同ITO电极的循环伏安曲线:裸ITO(绿色)、10分钟(蓝色)和60分钟(红色)电纺3D ITO电极(扫描速率20mV/s)。


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图4.a)加入cyt c后,在20mW/cm2和-0.1V(vs.Ag/AgCl)下光电流的增强;绿色:e-spun ITO/PSI/cyt c,蓝色:e-spun ITO/PSI,红色:e-spun ITO。b)循环伏安曲线(扫描速率20mV/s);5mM,pH7 PBS缓冲液,e-spun ITO(蓝色),e-spun ITO/PSI(红色),e-spun ITO/PSI/cyt c(绿色)。


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图5.e-spun ITO/PSI/cyt c的光电流随着e-spun ITO厚度的增加而降低;10分钟e-spun ITO/PSI/cytc(蓝色),60分钟e-spun ITO/PSI/cytc(红色)。光强度:(1)20mW/cm2,(2)40mW/cm2,(3)80mW/cm2(5.0mM PBS缓冲液,pH7,外加电压:-0.1V(vs.Ag/AgCl))


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图6.3D电纺ITO光敏电极的稳定性。左图(a)显示了在20mW/cm2光强度和-0.1V偏置电位(vs.Ag/AgCl)(蓝色)以及80mW/cm2光强度和-0.2V偏置电位(vs.Ag/AgCl)(红色)下生物杂化电极的光电流响应(5.0mM PBS缓冲液,pH7)。中图(b)显示了在不同光强度和偏置电位下重复光电流测量的结果(黑色:20mW/cm2光强度和-0.1V偏置电位(vs.Ag/AgCl),红色:20mW/cm2光强度和-0.2V偏置电位(vs.Ag/AgCl),蓝色:40mW/cm2光强度和-0.1V偏置电位(vs.Ag/AgCl),绿色:40mW/cm2光强度和-0.2V偏置电位(vs.Ag/AgCl),洋红色:80mW/cm2光强度和-0.1V偏置电位(vs.Ag/AgCl),空心圆圈:80mW/cm2光强度和-0.2V偏置电位(vs.Ag/AgCl)。左图(c)显示了电纺ITO/PSI/cyt c电极处的光电流密度与入射光功率的关系(30秒白光脉冲,偏置电位:-0.1V(蓝色)和-0.2V(红色)(vs.Ag/AgCl),5.0mM PBS缓冲液,pH7)。

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