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東北科技學院--CuS裝飾的功能化還原氧化石墨烯:一種雙響應納米酶用于水性介質中Cr(VI)的選擇性檢測和光還原
     由于在生物傳感、癌癥診斷、免疫分析、環境修復等眾多領域中的應用前景廣闊,作為過氧化物酶模擬物的功能納米材料的設計引起了極大的關注。在此,我們報道了一種在功能化還原氧化石墨烯復合材料上裝飾半導體CuS納米粒子(CuS-frGO)的簡便合成方法。CuS-frGO具有出色的過氧化物酶模擬活性以及光催化性能。實際上,CuS-frGO在酸性條件下在Cr(VI)存在下催化H2O2分解為•OH自由基。產生的•OH自由基與用作•OH清除劑的對苯二甲酸反應,導致形成2-羥基對苯二甲酸,并在425 nm處發射熒光?;谶@種機制,CuS-frGO被用作過氧化物酶模擬物,用于檢測水性介質中的無機污染物Cr(VI)離子。所提出的具有高選擇性和靈敏度的簡單熒光技術已成功地用于檢測26.60 nM濃度的Cr(VI),其中,pH為4,0-200 nM線性范圍內。合成的材料還顯示出有效的光催化性能,且自然陽光照射下25分鐘內對Cr(VI)離子達到99%的光還原效率。
 

Figure 1. CuS-frGO納米復合材料的TEM圖像(a,b,c)、HRTEM圖像(d)、粒度分析(e)、SEAD模式(f)以及C(g)、O(h)、N(i)、Cu(j)和S(k)的元素曼譜圖。

 
Figure 2. (a)在50 nM不同陽離子的情況下,TA-OH的熒光發射強度的變化;(b)在不同的無機和有機共存物質的情況下,CuS-frGO+Cr(VI)催化的TA-OH的熒光光譜;(c)CuS-frGO對Cr(VI)離子檢測的可重復使用性研究:乙酸鹽緩沖液(pH 4),催化劑(6 mg/L),TA(0.01 mM),Cr(VI)溶液(50 nM)和H2O2(50μL)。
 

Figure 3. (a)在光催化還原Cr(VI)離子過程中的紫外可見光譜變化;(b)在不同實驗條件下,不同催化劑存在下還原Cr(VI)(Cr(VI)濃度= 0.1 mM,催化劑濃度= 0.4 g/L,pH 5);(c)在可變pH值下, Cr(VI)的還原,以及(d)不同pH值下的Langmuir-Hinshelwood擬一級動力學圖(Cr(VI)濃度= 0.1 mM,催化劑濃度= 0.4 g/L,pH值為5)。
 

Figure 4. 在0.1 M不同(a)陰離子和(b)陰離子存在下,CuS-frGO光催化劑在陽光照射下25分鐘內催化Cr(VI)還原(反應條件:Cr(VI)= 0.1 mM,催化劑= 0.4 g/L,pH 5)。
 

Figure 5. CuS-frGO納米復合材料在陽光照射下光誘導Cr(VI)還原為Cr(III)。
 
      相關研究成果于2019年由CSIR-東北科技學院Manash R. Das課題組,發表在ACS Sustainable Chem. Eng.(DOI: 10.1021/acssuschemeng.9b03043)上。原文:CuS Decorated Functionalized Reduced Graphene Oxide: A Dual Responsive Nanozyme for Selective Detection and Photoreduction of Cr(VI) in an Aqueous Medium。
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