Detecting Cr6+ at ≈100 pM Concentration with Fluorescence Enhancement Signatures in a Novel Eco‐Fluorophore: Matching WHO's 96 pM Recommended Standard for Drinking Water

荧光团 材料科学 荧光 匹配(统计) 分析化学(期刊) 化学 统计 环境化学 物理 光学 数学
作者
Pegah Zandi,Arindam Phani,Seonghwan Kim
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:37 (29)
标识
DOI:10.1002/adma.202504142
摘要

Hexavalent chromium (Cr6+) ions in drinking water pose a significant risk to human health, being a leading cause for neurological disorders, organ damage, and infertility. This study introduces an ultrasensitive method for detecting trace Cr6+ over a wide concentration range (≈ 100 pM - 100 µM) through fluorescence enhancement signatures via integration of both covalent and non-covalent interaction strategies on carbon quantum dots (CQD). The covalent functionalization is achieved from dual-functionalized CQD (CQD-(NH2, COOH)) derived from coffee-waste. Additionally, the covalent and non-covalent approach integrates CQD-(NH2, COOH) with graphitic carbon nitride (g-C3N4) to form a 2D/2D heterostructure. The synergy between CQD-(NH2, COOH) and g-C3N4 introduces a mid-gap band in their band structure, allowing multiple carrier excitation and recombination states, significantly enhancing the fluorescence quenching signal. This combination allows to achieve Cr6+ detection sensitivity down to ≈100 pM concentration-matching the World Health Organization's 96 pM permissible limit of total Cr in drinking water. Furthermore, a 70 pM detection limit is reported for Cr6+ in a mixture of twelve ions, including cations and anions, surpassing current state-of-the-art detection limits. These results highlight the potential of dual covalent and non-covalent modification strategy in nanomaterials to set new standards in ultrasensitive and wide-range fluorescent sensing applications.
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