石河子大學洪成林教授《Small》：NiCo-LDH中空納米籠析氧反應促進魯米諾電化學發光

第一作者：梁文進

通訊作者：洪成林

通訊單位：石河子大學

論文DOI：10.1002/smll.202306473

一、?【導讀】 ?

電化學發光（electrochemiluminescence，ECL）作為一種背景信號低、靈敏度高、檢測范圍寬和操作簡單的分析方法，廣泛應用于環境檢測、食品安全分析和生物醫學診斷等領域。在傳統的魯米諾ECL體系中，過氧化氫（H₂O₂）和溶解氧（O₂）是常見的共反應物。在堿性溶液中可以分解生成活性氧（ROS）以提高魯米諾的ECL發射。此外，各種高效共反應促進劑的加入也進一步增強了魯米諾的ECL信號。然而，H₂O₂在電極-電解質界面處容易發生自分解，O₂向ROS的轉化效率低且在水中的溶解度有限，這嚴重影響了魯米諾ECL的穩定性和準確性，同時也限制了魯米諾ECL系統的應用。因此，開發新型的魯米諾共反應體系和共反應促進劑來實現ROS的穩定高效產出，對魯米諾ECL系統具有重要意義。

二、【成果掠影】

近日，石河子大學洪成林教授團隊首次采用具有空心結構和缺陷態的鎳鈷層狀雙金屬氫氧化物（NiCo-LDH）中空納米籠作為共反應促進劑，增強了魯米諾-H2O體系的ECL發射。得益于空心結構和缺陷態，NiCo-LDH中空納米籠顯示優異的析氧反應（OER）催化活性，可以穩定高效的產生ROS，增強ECL發射。此外，機理探究表明，參與魯米諾-H₂O體系共反應的ROS來源于OER反應過程，ECL強度與共反應促進劑的OER催化活性存在正相關關系。選擇具有優異OER催化活性的催化劑是提高ECL發射的關鍵因素。最后，利用NiCo-LDH中空納米籠對魯米諾-H₂O ECL體系的促進作用，構建了一種雙模式免疫傳感器，用于甲胎蛋白（AFP）的檢測和分析。這項工作為OER參與的魯米諾ECL體系提供了新的見解，并為新型共反應促進劑的開發指明了方向。

該工作以“NiCo-LDH Hollow Nanocage Oxygen Evolution Reaction Promotes Luminol Electrochemiluminescence”為題發表在《Small》上。石河子大學化學化工學院碩士生梁文進為論文第一作者，石河子大學化學化工學院洪成林教授為論文通訊作者。

?三、【核心創新點】

1. 創新性的開發了一種新型NiCo-LDH中空納米籠作為共反應促進劑。其出色的OER催化活性和對ECL強度和穩定性的提升得到了充分展示。

2.研究了魯米諾/H₂O體系的反應機理，得出選擇具有優良OER催化活性的催化劑是改善ECL發射的關鍵，為OER參與的魯米諾ECL體系提供了新的見解。

3. 基于NiCo-LDH中空納米籠構建的雙模式免疫傳感器，為AFP的檢測和分析提供了新的思路。

?四、【數據概覽】

圖1. (a)?Co-LDH和NiCo-LDH的合成示意圖；(b-d)?ZIF-67、Co-LDH和NiCo-LDH的SEM圖像；(e-h)?ZIF-67、Co-LDH和NiCo-LDH的TEM圖像；(i)?NiCo-LDH的HRTEM圖像；(j)?NiCo-LDH的EDS元素映射圖像。

圖2. ZIF-67，Co-LDH和NiCo-LDH的 (a) XRD譜圖，(b) FT-IR譜圖，(c) N₂吸附-脫附等溫線；NiCo-LDH的XPS能譜：(d) Co 2p，(e) Ni 2p，(f) O 1s；ZIF-67，Co-LDH和NiCo-LDH的 (g) XPS Co 2p能譜，(h) XPS O 1s能譜，(i) EPR譜圖

。

圖3.?ZIF-67，Co-LDH和NiCo-LDH的 (a) LSV曲線，(b) 電流密度為10 mA·cm^-2時的過電位，(c) Tafel圖，(d) EIS圖，(e) 電流密度 (Δj/2) 與掃描速率的線性圖，(f) 在含有1 mM的魯米諾溶液中的ECL強度。

圖4.?NiCo-LDH/GCE在luminol-H₂O ECL系統中通過步進脈沖在 (a)?0.6-1.2 V，(b)?1.2-0.6 V的ECL瞬態；(c) NiCo-LDH/GCE在正向掃描和負向掃描時的ECL信號；(d) NiCo-LDH/GCE在O₂、Air和N₂飽和溶液中的CV和ECL信號；(e) NiCo-LDH/GCE在0-1.2V和0.3-1.2 V范圍內的CV和ECL信號；(f) 使用不同濃度的活性氧清除劑 (NBT和硫脲) 后ECL強度均受到抑制；(g) NiCo-LDH作為共反應促進劑的魯米諾-H₂O ECL體系的反應機理解釋。

圖5. 免疫傳感器的構建示意圖。

圖6. (a) 不同濃度AFP的ECL強度和 (b) ECL強度與AFP濃度之間的線性關系；(c) 不同濃度AFP的DPV強度和 (d) DPV強度與AFP濃度之間的線性關系。

五、【成果啟示】

受OER介導的魯米諾ECL機理的啟發，首次使用具有空心結構和缺陷態的NiCo-LDH中空納米籠作為共反應促進劑，增強了魯米諾-H₂O體系的ECL發射。研究了魯米諾/H₂O體系的反應機理，得出選擇具有優良OER催化活性的催化劑是改善ECL發射的關鍵。這項工作為OER參與的魯米諾ECL體系提供了新的見解，并為新型共反應促進劑的開發指明了方向。

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/smll.202306473

本文由作者供稿