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李培武院士团队张兆威:通过Z型Cu2O/Cu3SnS4的智能手机驱动的光电化学POCT,用于检测邻苯二甲酸二丁酯

今天介绍一篇由中国农业科学科院油料作物研究所李培武院士团队于2023年8月发表在国际学术期刊Journal of Hazardous Materials(IF=13.6)上的题为“A smartphone-powered photoelectrochemical POCT via Z-scheme Cu2O / Cu3SnS4 for dibutyl phthalate in the environmental and food”的文章。中国农业科学院油料作物研究所张兆威研究员为论文通讯作者。

今天介绍一篇由中国农业科学科院油料作物研究所李培武院士团队于2023年8月发表在国际学术期刊Journal of Hazardous Materials(IF=13.6)上的题为“A smartphone-powered photoelectrochemical POCT via Z-scheme Cu2O / Cu3SnS4 for dibutyl phthalate in the environmental and food”的文章。中国农业科学院油料作物研究所张兆威研究员为论文通讯作者。

李培武院士团队张兆威:通过Z型Cu2O/Cu3SnS4的智能手机驱动的光电化学POCT,用于检测邻苯二甲酸二丁酯
成果简介

为了更好的对环境监测和食品安全领域中复杂样本基质中的邻苯二甲酸二丁酯(DBP)进行检测,首次通过制备Cu2O / Cu3SnS4纳米花并将其作为光活性材料的方法,构建了基于智能手机的光电化学(PEC)即时检测(POCT)。过程发现Cu2O和Cu3SnS4之间能级的有效匹配加速了光生电子-空穴对的转移,显著提高了智能PEC POCT性能;并通过密度泛函理论计算,新型Cu2O/Cu3SnS4被证明是Z型异质结,在修饰电极上实现了竞争性免疫分析,显著降低了光电流信号,增强了POCT灵敏度;同时,智能手机被用于记录和传输PEC结果。在优化条件下,评估了线性范围、检测限、稳定性、重复性、再现性和选择性。使用湖水和大豆油作为样品与GC-MS方法进行比较。

研究亮点

1. 首次合成了一种新颖的Z型异质结,3CO / CTS;

2. 基于3CO/CTS,开发了基于智能手机的光电化学(PEC)即时检测(POCT)平台;

3.可广泛应用于环境快速监测和食品安全筛查;

图文赏析

李培武院士团队张兆威:通过Z型Cu2O/Cu3SnS4的智能手机驱动的光电化学POCT,用于检测邻苯二甲酸二丁酯
图1.( A ) Cu2O的XRD。( B ) Cu3SnS4和CO / CTS的XRD。( C ) S 2P,( D ) Sn 3d,( E ) Cu 2p,( F ) O 1 s的高分辨XPS图谱。( G ) Cu2O、( H ) Cu3SnS4和( I ) 3CO / CTS异质结构的SEM照片。( J ) Cu2O、( K ) Cu3SnS4和( L ) 3CO / CTS的TEM照片。

( M ) 3CO / CTS异质结的HRTEM图像。( N ) 3CO / CTS的元素映射。

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图2 .( A ) Cu2O、Cu3SnS4、3CO / CTS的UV-Vis-NIR DRS,以及Cu2O、Cu3SnS4的计算带隙。( B ) Cu2O和Cu3SnS4的价带XPS谱。( C ) Cu3SnS4和 ( E ) 3CO / CTS的DMPO-·OH-和DMPO-·O-2捕获ESR谱;( D ) Cu3SnS4和( F ) 3CO / CTS的电荷转移机理。

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图3 .( A) Cu3SnS4、Cu2O、3CO / CTS在PBS (pH=7.4)中的光电流响应。( B ) Cu3SnS4、Cu2O、3CO / CTS的EIS图谱。( C ) Cu3SnS4、2CO / CTS、3CO / CTS、5CO / CTS、10CO / CTS在PBS (pH=7.4)中的光电流响应。( D ) Cu3SnS4、2CO / CTS、3CO / CTS、5CO / CTS、10CO / CTS的EIS图谱。

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图4 .( A ) Cu3SnS4 ( 001 )原子结构模型的俯视图和正视图。( B ) Cu2O ( 100 )原子结构模型的俯视图和正视图。计算了( C ) Cu2O。( D ) Cu3SnS4的态密度。计算( E ) Cu2O,( F ) Cu3SnS4的静电势。

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图5 .智能PEC POCT方法的评价结果:( A )依赖于不同DBP浓度的PEC结果,( B )校准曲线,( C )重复性,( D )再现性和( E )选择性。

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图6用于DBP检测的PEC POCT平台的制作程序。

# 研究结论 #

本研究为水溶性和脂溶性基质中邻苯二甲酸二丁酯(DBP)检测提供了一个实用的新型智能PEC POCT平台。对于环境检测和食品安全领域中的复杂基质样品,PEC POCT表现出优异的灵敏度值、低检测限和宽线性范围。在优化条件下,DSP的检测在实际样品中,表现出令人满意的线性范围( 0.04 ~ 400 ng / m L)和7.94 pg / mL的低检测限。使用湖水和大豆油作为样本,与GC-MS结果进行比较,表现出优异的稳定性、重复性、再现性和选择性。该PEC POCT系统在测定水和食用油样品中的DBP时具有良好的性能和实用性,具有具有便携性、实用性和可靠性,可广泛应用于环境快速监测和食品安全筛查,在环境和食品安全领域具有广阔的应用前景。

原文链接

https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2023.132281

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