Anodic SnO2 Nanoporous Channels Functionalized with CuO Quantum Dots for Selective H2O2 Biosensing

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作者
Habib Ullah,Fahad Usman,Muhammad Asim Rasheed,Adnan Ali Khan,Rashid M Ahmad,Sang Yoon Lee,Jun Heo,Ghafar Ali,Maaz Khan,Sung Oh Cho
出处
期刊:ACS applied nano materials [American Chemical Society]
卷期号:5 (7): 9096-9111 被引量:26
标识
DOI:10.1021/acsanm.2c01397
摘要

In this work, we explore the nonenzymatic detection of H 2 O 2 using anodic SnO 2 nanoporous channels (NPC) decorated with CuO quantum dots (QDs). The open-top and crack-free morphology of SnO 2 NPC was obtained by modified anodization. The samples were characterized using X-ray diffraction (XRD), field emission scanning electron microscopy (FESEM), energy-dispersive X-ray analysis (EDAX), high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM), Raman and X-ray photoelectron (XPS) spectroscopy. FESEM and HRTEM results show that SnO 2 has a uniform channel width and pore size with an average diameter of around 40 nm. XRD, EDAX, XPS, Raman, and HRTEM measurements confirm the high purity of anodic SnO 2 NPC with successful deposition of CuO QDs. Pristine (SnO 2 ) and hybrid (SnO 2 -CuO) electrodes were used directly as the nonenzymatic H 2 O 2 biosensor. The hybrid electrode demonstrated an ultrahigh sensitivity of ∼85,250 μA mM –1 cm –2 with an extremely low limit of detection (0.001 μM), broad linear detection ranges of 5–95 and 25–450 μM, and a quick response time (less than 1.9 s) toward H 2 O 2 detection. This can be attributed to the advanced SnO 2 nanoporous structure, the reduced band gap, and the formation of additional surface sites as a result of CuO QD decoration. H 2 O 2 measurement in human blood serum demonstrates high sensitivity, good accuracy, and excellent selectivity of the fabricated hybrid electrode compared to the commercially available biosensor . Density functional theory results indicate that the formation of SnO 2 -CuO is energetically favorable. H 2 O 2 is strongly and selectively adsorbed over the SnO 2 -CuO nanostructure possessing a large negative adsorption energy (−1.89 eV) and evinces a significant decrease in the band gap (up to 1.59 eV) of the hybrid structure. The fabricated biosensor showed the highest sensitivity, excellent selectivity, good reproducibility, repeatability, and stability, thus confirming it as a favorable candidate for nonenzymatic H 2 O 2 sensing and quantification.
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