Surface-engineered N-doped carbon nanotubes with B-doped graphene quantum dots: Strategies to develop highly-efficient noble metal-free electrocatalyst for online-monitoring dissolved oxygen biosensor

电催化剂 石墨烯 材料科学 纳米技术 杂原子 电化学 量子点 碳纳米管 贵金属 兴奋剂 电极 金属 化学 光电子学 物理化学 有机化学 冶金 戒指(化学)
作者
Yu‐Xuan Wang,Mia Rinawati,Wei‐Hsiang Huang,Yao-Sheng Cheng,Pin-Hsuan Lin,Kuan‐Jung Chen,Ling‐Yu Chang,Kuo‐Chuan Ho,Wei‐Nien Su,Min‐Hsin Yeh
出处
期刊:Carbon [Elsevier]
卷期号:186: 406-415 被引量:55
标识
DOI:10.1016/j.carbon.2021.10.027
摘要

Dissolved oxygen (DO) is an essential indicator for evaluating water quality, the exquisitely sensitive electrochemical DO sensor could accurately record response which was based on oxygen reduction reaction (ORR) with a sluggish reaction rate. Thus, high-efficient ORR electrocatalysts are urgently needed for broad applications. As a matter of fact, graphene quantum dots (GQDs) have attracted a great deal of attention, several heteroatoms are extensively introduced in GQDs fragments to regulate their inherent chemical and electrical properties by adjusting their electronic structure. However, B–N–C moieties always exist for some BN-codoped carbons due to the intermolecular force that might prohibit its electrocatalytic activity. Therefore, this research design a strategy to solve this problem; despite substantial efforts, this study shows a metal-free B-doped GQD/N-doped carbon nanotubes (BGQD/NCNTs) electrode significantly influences ORR electrocatalytic activity due to the synergistic effect and abundant active sites. Herein, BGQD/NCNTs exhibit an excellent ORR performance with an onset potential of 0.91 V (vs. RHE), exceeding most reported GQDs-introduced electrocatalysts; it also outperformed the commercial electrocatalyst in terms of long-term stability. For seawater DO sensing, BGQD/NCNTs exhibit ultra-high sensitivity of 0.011 mA/cm2ppm and further integrate into an online detection platform to accomplish the aim of continuous monitoring via a wireless connection.
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