Engineering FeOOH/Fe 2 O 3 @Carbon Interfaces With Biomass‐Derived Carbon Nanodot/Iron Colloids for Efficient Redox‐Modulated Dopamine Voltammetric Detection

纳米片 吸附 检出限 氧化还原 纳米点 碳纤维 电子转移 纳米颗粒 材料科学 化学工程 化学 纳米技术 无机化学 光化学 物理化学 复合数 色谱法 工程类 复合材料
作者
Meseret Ethiopia Guye,Richard Appiah‐Ntiamoah,Mintesinot Dessalegn Dabaro,Hern Kim
出处
期刊:Chemistry-an Asian Journal [Wiley]
卷期号:19 (15): e202400435-e202400435 被引量:8
标识
DOI:10.1002/asia.202400435
摘要

Abstract The Fe 2+ /Fe 3+ redox couple is effective for voltammetric detection of trace dopamine (DA). However, achieving adequate concentrations with high electroactive surface area (ECSA), DA affinity, and fast interfacial charge transfer is challenging. Consequently, most reported Fe‐based sensors have a high nanomolar range detection limit (LOD). Herein, we address these limitations by manipulating the phase and morphology of FeOOH/Fe 2 O 3 heterojunctions anchored on sp 2 ‐carbon. FeOOH/Fe 2 O 3 is synthesized by variable temperature aging of unique Fe 5 H 9 O 15 /Fe 2 O 3 @sp 2 ‐carbon colloidal nanoparticles, which form via chelation between biomass‐derived carbon nanodots (CNDs) and Fe 2+ ions. At 27 °C and 120 °C, Fe 5 H 9 O 15 /Fe 2 O 3 @sp 2 ‐carbon transforms into β‐FeOOH/Fe 2 O 3 nanoparticles and α‐FeOOH/Fe 2 O 3 nanosheet, respectively. The β‐FeOOH/Fe 2 O 3 interface exhibits higher e g orbital electron occupancy than α‐FeOOH/Fe 2 O 3 , thereby facilitating oxygen adsorption and the generation of Fe 2+ /Fe 3+ sites near the polarization potential of DA. This facilitates interfacial electron transfer between Fe 3+ and DA. Moreover, its nanoparticle morphology enhances ECSA and DA adsorption compared to α‐FeOOH/Fe 2 O 3 nanosheets. With a LOD of ~3.11 nM, β‐FeOOH/Fe 2 O 3 surpasses the lower threshold in humans (~10 nM) and matches noble‐metal sensors. Furthermore, it exhibits selective detection of DA over 10 biochemicals in urine. Therefore, the β‐FeOOH/Fe 2 O 3 @sp 2 ‐C platform holds promise as a low‐cost, easy‐to‐synthesize, and practical voltammetric DA monitor.
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