天津大学–用二维还原石墨烯/Fe3O4纳米复合材料扩增的碳基丝网印刷电极作为监测环境流体中4-氨基酚的电分析传感器

水污染物分析是水质调查的重要手段。另一方面，4-氨基酚是一种对人体有害的高危化合物，其检测和测量对地表水和地下水水质的调查具有重要意义。本研究采用简单的化学方法合成了石墨烯/Fe₃O₄纳米复合材料，并用EDS和TEM对其进行了表征，结果表明，在二维还原石墨烯纳米片(2D- rG -Fe₃O₄)表面修饰了直径约为20 nM的纳米球形Fe₃O₄纳米颗粒。将2D-rG-Fe₃O₄作为碳基丝网印刷电极(CSPE)表面的优良催化剂，作为电分析传感器用于废水样品中4 -氨基酚的监测和测定。结果表明，与CSPE相比，2D-rG-Fe₃O₄/CSPE表面4-氨基酚的氧化信号提高了4.0倍，氧化电位降低了120 mV。电化学研究表明-氨基酚在2D-rG-Fe₃O₄/CSPE表面具有电子和质子等值的pH依赖行为。采用方波伏安法(SWV)， 2D-rG-Fe₃O₄/CSPE在1.0 nM-200 μM的浓度范围内成功地监测了4-氨基酚。最后，2D-rG-Fe₃O₄/CSPE对城市废水、工业废水和河流样品等不同环境流体中的4-氨基酚进行了监测，回收率为97.2% ~ 104.3%，证实了2D-rG-Fe₃O₄/CSPE作为水质分析工具的强大能力。

图1. 2D-rG-Fe₃O₄杂化纳米复合材料的A)透射电镜图、B)能谱图。C)CSPE和2D-rG-Fe₃O₄/CSPE在1.0 M含5.0 mM [Fe(CN)₆]^3-,-4的氯化钾溶液中的Nyquist图。

方案1. 4-AP的电氧化机制。

图2. A) 2D-rG-Fe₃O₄催化剂浓度、B)溶液pH、C)缓冲溶液对2D-rG-Fe₃O₄/CSPE表面45 pM 4-AP氧化电流的影响。

图3. 4-AP在裸CSPE(曲线a)和2D-rG-Fe₃O₄/CSPE(曲线b)表面氧化的DPV曲线(插图;4-AP在裸CSPE(曲线a)和2D-rG-Fe₃O₄/CSPE(曲线b)表面氧化的电流密度值。

图4. 700 μM 4-AP在2D-rG-Fe₃O₄/CSPE表面氧化还原反应的I vs. ʋ1/2图。

图5. 2D-rG-Fe₃O₄/CSPE表面700 μM 4-AP氧化的Tafel图。

图6. 2D-rG-Fe₃O₄/CSPE表面氧化4-AP的电流与4-AP浓度关系图。

相关研究成果由天津大学环境科学与工程学院Moxi Wang和广东工业大学土木与交通工程学院Li Feng等人于2023年发表在Chemosphere (https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2023.138238 )上。原文：A carbon based-screen-printed electrode amplified with two-dimensional reduced graphene/Fe₃O₄ nanocomposite as electroanalytical sensor for monitoring 4-aminophenol in environmental fluids。