Graphene Nanobeacons with High‐Affinity Pockets for Combined, Selective, and Effective Decontamination and Reagentless Detection of Heavy Metals

吸附 双功能 纳米技术 肉眼 环境友好型 人体净化 可重用性 检出限 材料科学 纳米材料 组合化学 化学 催化作用 计算机科学 有机化学 废物管理 色谱法 生态学 工程类 程序设计语言 软件 生物
作者
David Panáček,Lukáš Zdražil,Michal Langer,Veronika Šedajová,Zdeňěk Baďura,Giorgio Zoppellaro,Qiuyue Yang,Emily P. Nguyen,Ruslán Álvarez-Diduk,Vítězslav Hrubý,J Kolařík,Nikolaos Chalmpes,Athanasios B. Bourlinos,Radek Zbořil,Arben Merkoçi,Aristides Bakandritsos,Michal Otyepka
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:18 (33) 被引量:8
标识
DOI:10.1002/smll.202201003
摘要

Access to clean water for drinking, sanitation, and irrigation is a major sustainable development goal of the United Nations. Thus, technologies for cleaning water and quality-monitoring must become widely accessible and of low-cost, while being effective, selective, sustainable, and eco-friendly. To meet this challenge, hetero-bifunctional nanographene fluorescent beacons with high-affinity pockets for heavy metals are developed, offering top-rated and selective adsorption for cadmium and lead, reaching 870 and 450 mg g-1 , respectively. The heterobifunctional and multidentate pockets also operate as selective gates for fluorescence signal regulation with sub-nanomolar sensitivity (0.1 and 0.2 nm for Pb2+ and Cd2+ , respectively), due to binding affinities as low as those of antigen-antibody interactions. Importantly, the acid-proof nanographenes can be fully regenerated and reused. Their broad visible-light absorption offers an additional mode for water-quality monitoring based on ultra-low cost and user-friendly reagentless paper detection with the naked-eye at a limit of detection of 1 and 10 ppb for Pb2+ and Cd2+ ions, respectively. This work shows that photoactive nanomaterials, densely-functionalized with strong, yet selective ligands for targeted contaminants, can successfully combine features such as excellent adsorption, reusability, and sensing capabilities, in a way to extend the material's applicability, its life-cycle, and value-for-money.

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