All-Optical Electrochemiluminescence by Light Downconversion at BiVO4 Photoanodes

电化学发光 光电子学 化学 阳极 制作 钒酸铋 电极 光子上转换 半导体 纳米技术 信号(编程语言) 光子 吸收(声学) 激发 光电化学 光电导性
作者
Xiaodan Gou,Changlin Zhou,Jun‐Jie Zhu,Gabriel Loget,Nešo Šojić
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:97 (40): 22108-22115 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.5c03936
摘要

Electrochemiluminescence (ECL) is a powerful analytical technique. However, the necessity of an external power supply limits its use for portable sensing devices. Herein, we report a new sensing scheme based on an all-optical ECL (AO-ECL), which addresses this issue by emitting light without external electrical devices but through light excitation (λexc). In AO-ECL, the photovoltage generated by the semiconductor simultaneously drives the anodic ECL reaction (producing photons at λAO-ECL) and a cathodic charge transfer. While this approach significantly reduces the complexity of ECL instrumentation, current materials for such systems often suffer from relatively complex fabrication methods and all existing AO-ECL systems are upconversion systems (e.g., λexc > λAO-ECL). Here, we report for the first time an AO-ECL downconversion process (e.g., λexc < λAO-ECL) based on a bismuth vanadate (BiVO4) electrode with the model luminol-H2O2 system. Because BiVO4 has a wide absorption below 500 nm, the ECL emission spectrum further red-shifts to 510 nm. The strong responsiveness toward H2O2 of the BiVO4 AO-ECL system enables a significant shift on ECL onset potential from +0.3 V to -0.3 V (vs Ag/AgCl). A nearly 2.6-fold enhancement in ECL intensity was achieved at 0.4 V and the distinct ECL signal is observed even without applied bias. Moreover, the platform enabled cadmium ion (Cd2+) detection, with the AO-ECL intensity rising 2.2-fold. The simplicity of BiVO4 electrode fabrication combined with its cost-effectiveness positions this downconversion AO-ECL system as a potential candidate for the development of portable bioanalytical sensors and wireless bioimaging applications.
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