电纺铈铁纳米纤维与多壁碳纳米管共混用于尿酸的高性能电化学检测

DOI：10.1016/j.ceramint.2019.12.153

本文采用电纺和550℃煅烧的方法成功制备了不同铁含量的铁铈纳米纤维（FC NFs）。将得到的铁铈纳米纤维与多壁碳纳米管（MWCNT@FC）共混，用于修饰玻璃碳电极（GCE）以检测尿酸（UA）。XRD分析表明铁铈纳米纤维具有立方晶格结构。拉曼光谱和X射线光电子能谱证实了表面离子的Fe（II）/Fe（III）和Ce（III）/Ce（IV）化学态存在氧空位。通过扫描电镜（SEM）观察表面形貌，并使用透射电镜（TEM）对其粒度进行分析。采用循环伏安法（CV）和差示脉冲伏安法（DPV）研究了MWCNT@FC 纳米纤维在不同条件下的电化学性能。结果表明，Ce/Fe摩尔比对CeO₂的电催化性能有重要的影响，其原因是Fe³⁺离子与CeO₂的结合产生了足够的氧空位。此外，与70 wt% 多壁碳纳米管（MWCNT70@FC）共混，可显著改善导电性。Ce/Fe摩尔比为1:1的MWCNT70@FC-2修饰GCE堆肥在6.0 pH下对UA的检测性能良好。在0.3 µM至500 µM的宽线性范围内实现了0.3 µM的检测限。多壁碳纳米管（MWCNT70@FC-2）具有足够的稳定性和重现性，可用于尿酸的检测。通过对真实生物样品中UA的检测，进一步建立了MWCNT@FC-2复合传感器的高选择性和高准确度。实验结果具有预测性和可重复性。

图1.（a）铁铈纳米纤维的XRD图谱；（b）铁铈纳米纤维图谱的缩放图像

图2.（a和b）CeO₂；（b和c）FC-1；（d和e）FC-2的SEM图像。

图3.（a和b）CeO₂；（c和d）FC-1；（e和f）FC-2的HR-TEM图像。

图4.（a）CeO₂、FC-1和FC-2的拉曼光谱；（b）CeO₂、FC-1和FC-2的峰A和峰B的拉曼峰拟合曲线。

图5.（a）全扫描光谱；（b）FC-2_Fe 2p；（c）CeO₂_Ce 3d；（d）FC-2_Ce 3d；（e）CeO₂_O 1s；（f）FC-2_O 1s的XPS光谱。

图6.（a）MWCNT70@CeO₂、MWCNT70@FC-1和MWCNT70@FC-2修饰GCEs在0.1 M KCl和5 mM的K₃[Fe(CN)₆]作为电解质溶液中以50 mV/s的CV曲线；（b）在0.1 M KCl和5 mM的K₃[Fe(CN)₆]作为电解质溶液中测量的不同修饰GCEs的EIS光谱，其频率范围为1 MHz至10 Hz，振幅为50 mV；（c）在0.1 M KCl和5 mM K₃[Fe(CN)₆]电解质溶液中，MWCNT70@FC-2修饰GCE在不同扫描速率下的CV曲线；（d）MWCNT70@FC-2修饰GCE的v^1/2与I/µA的关系图。

图7.（a）MWCNT70@FC-2修饰GCE在0.1 M PBS溶液中的CV曲线，该溶液含有0.01 M UA，pH值为4.0至8.0（扫描速率：50 mV/s）；（b）UA氧化峰值电流与PBS溶液的pH的关系图；（c）在含有0.01 M UA（pH=6.0；扫描速率：50 mV/s）的0.1 M PBS溶液中，不同材料的修饰GCE的CV曲线；（d）在含有0.01 M UA（pH=6.0）的0.1 M PBS溶液中，在1 MHz至10 Hz的频率范围内以50 mV振幅测量的修饰GCE的EIS光谱。