Matrizes de nanotubos de TiO2 bem alinhadas com nanopartículas de Ag para detecção altamente eficiente de íon Fe3 +

Resumo

Hoje em dia, a determinação dos íons de ferro com alta sensibilidade e seletividade com novos métodos torna-se uma questão urgente para monitorar o corpo e o meio ambiente saudáveis. Neste artigo, pela primeira vez, apresentamos um conjunto de TiO ₂ de alto desempenho arranjos de nanotubos que são bastante sensíveis aos íons de ferro. Em primeiro lugar, o método de oxidação anódica foi adotado para preparar TiO ₂ ordenado arranjos de nanotubos, seguido pela deposição de nanopartículas de Ag funcionalizada com a capacidade de aprimoramento na detecção de íons de ferro. Além disso, o espectro do TiO ₂ nanotubo com / sem as nanopartículas de Ag foi analisado com um espectrômetro de fotoelétrons de raios-X, o que mostra que as nanopartículas de Ag podem efetivamente reduzir a taxa de recombinação de elétrons e buracos e aumentar a condutividade e a taxa de transferência de carga dos eletrodos. Além disso, quando nanopartículas de Ag funcionalizadas em TiO bem ordenado ₂ arranjos de nanotubos foram usados, a detecção de íons de ferro realizada com o método de voltametria de redissolução anódica foi investigada para validar o grande potencial de TiO ₂ matrizes de nanotubos com uma sensibilidade de aproximadamente 30 μA / ug / L para se tornar Fe ³⁺ sensores. Este método cria novas possibilidades para o desenvolvimento de sensores para monitoramento de Fe ³⁺ em amostras biológicas sem qualquer procedimento de pré-tratamento de amostra.

Histórico

O ferro é um importante elemento nutriente para a saúde humana, geralmente responsável pela transferência e transporte de oxigênio e materiais bloqueadores, e ocupa o segundo lugar entre os elementos metálicos mais essenciais do corpo humano. No entanto, uma quantidade excessiva de íons de ferro em uma célula viva pode catalisar a produção de espécies reativas de oxigênio (ROS) por meio da reação de Fenton, que pode levar a doenças, como doença renal, e perturbar a homeostase celular, resultando em Alzheimer, Wilson e Doenças de Menkes [1, 2]. Na verdade, devido à sua ampla aplicação na indústria e na agricultura, os potenciais efeitos tóxicos do ferro de rios, lagos ou oceanos contaminados sobre os humanos permanecem um desafio global [3, 4]. Consequentemente, é particularmente necessário monitorar o corpo e o ambiente saudáveis para desenvolver tecnologias práticas e eficientes usadas para determinar rapidamente os íons de ferro com alta sensibilidade e seletividade.

Hoje em dia, existem muitos métodos para detectar íons metálicos, como espectrometria de absorção atômica, espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado e espectrometria de emissão com plasma indutivamente acoplado. No entanto, equipamentos complicados e etapas de preparação de amostra são necessários nesses métodos, o que também resultará em um alto custo. Recentemente, um enorme esforço tem sido feito para estudos em nanopartículas, como o grafeno [5,6,7,8,9,10,11,12], pontos quânticos de grafeno [13,14,15,16,17,18] , pontos de carbono [19,20,21] e nanopartículas ou nanopartículas de metais nobres na dimensão desejada para detecção de íons metálicos, que têm atraído muita atenção por causa da boa seletividade, alta sensibilidade e fácil operação. Vinod Kumar Gupta et al. desenvolveram um método para sintetizar imina por meio de uma reação de condensação simples e exploram suas habilidades de detecção de metais por meio de métodos eletroquímicos e ópticos. Fe ³⁺ detectado por colorimétrico (L2) em uma concentração baixa pode chegar a 1,29 × 10 ⁻⁶ M. Mas este método é limitado devido a fatores como altos limites de detecção e forte interferência [22]. Xiaohui Gao et al. relataram um sensor colorimétrico fácil baseado nas nanopartículas de Ag estabilizadas por N-acetil-L-cisteína (NALC) (NALC-Ag NPs) para detecção de íons Fe3 + em solução aquosa. Este método pode ser usado para realizar a detecção sensível e seletiva de Fe ³⁺ íons na água com uma faixa linear de 80 nM a 80 mM e um limite de detecção de 80 nM [23]. Kailasa S K et al. desenvolveram um método colorimétrico seletivo e sensível para determinação de Fe ³⁺ íon usando nanopartículas de ouro funcionalizadas com ditiocarbamato de ácido p-amino salicílico (DTC-PAS-Au NPs) como sondas colorimétricas [24, 25]. Com base em tal detecção, a análise de plasma indutivamente acoplado (ICP) juntamente com espectrometria de massa (MS) ou espectroscopia de emissão óptica (OES) foi preferencialmente adotada para análise de íons de ferro [26].

Por outro lado, TiO ₂ nanotubos, com alta estabilidade química, são amplamente aplicados em várias indústrias devido às suas excelentes propriedades fotoeletroquímicas, catalíticas e de adsorção, bem como não toxicidade, como sensores de gás / umidade [27], decomposição fotocatalítica de água em hidrogênio [28] , degradação fotocatalítica de poluentes orgânicos [29], células solares sensibilizadas com corante [30], biossensores [31] e supercapacitores [32]. Particularmente, TiO ₂ bem estruturado e altamente ordenado nanotubos são bem adequados para transferência rápida e direcional de cargas elétricas [33,34,35,36]. Além disso, a funcionalização da superfície de Ag NPs desempenha um papel crucial no aumento da aplicabilidade analítica para TiO ₂ detecção de nanotubos de traços de analitos com alta seletividade e sensibilidade. Portanto, considerando a combinação de TiO ₂ nanotubos e detecção de íons metálicos em nível de traço é altamente desejável. Até onde sabemos, existem poucos relatórios sobre o uso de TiO funcionalizado ₂ nanotubos como sonda baseada para Fe ³⁺ detecção.

Neste artigo, um conjunto de TiO ₂ de alto desempenho arranjos de nanotubos que são bastante sensíveis aos íons de ferro são apresentados. Em primeiro lugar, o método de oxidação anódica foi adotado para preparar TiO ₂ ordenado arranjos de nanotubos, seguidos por Ag NPs funcionalizados com a capacidade de detecção de íons de ferro. Além disso, o espectro do TiO ₂ nanotubo com / sem os Ag NPs foi analisado com um espectrômetro de fotoelétrons de raios-X. Além disso, a detecção de íons de ferro com o uso de Ag NPs funcionalizados em TiO bem ordenado ₂ arranjos de nanotubos através do método de voltametria de redissolução anódica foram investigados para validar o grande potencial de sensores de metais pesados de TiO ₂ arranjos de nanotubos. Este método cria novas possibilidades para o desenvolvimento de sensores para monitorar Fe ³⁺ em amostras biológicas sem qualquer procedimento de pré-tratamento de amostra.

Métodos

Princípios de detecção de íons de ferro com TiO ₂

Os elétrons irão superar o bandgap e transitar da banda de valência (VB) para a banda de condutância (CB) ao absorver energia suficiente no TiO ₂ nanotubo. Como resultado, haverá um estado eletrônico não ocupado (buraco) no VB, que é positivo, conforme explicado na Fig. 1a. Nesse processo, quando um elétron é excitado do VB para o CB, ele pode se difundir para a superfície permitindo a transferência de carga para um adsorvato ou pode ficar preso em uma armadilha de elétrons no gap. Se a superfície dos nanotubos for coberta por nanopartículas de metal, a transferência de carga ocorrerá entre o adsorbato e o TiO ₂ nanotubo por causa da transição de elétrons. Com base nessa transferência, a quantidade de nanopartículas metálicas pode ser conhecida quando a quantidade de carga elétrica é detectada, conforme mostrado na Fig. 1b e Eqs. (1) - (3). A partir dessas equações, pode-se ver que a distribuição de carga em excesso define o potencial que atrai a retirada do elétron (O ₂ ) e repele a doação de elétrons (H ₂ O) moléculas para O _b defeitos de vacância quando partículas de metal são adsorvidas no TiO ₂ superfície. Portanto, podemos detectar a concentração e as espécies de nanopartículas de metal diretamente medindo a quantidade de transferência de carga com as seguintes equações [37]:
$$ {\ mathrm {Ti}} _ {(6c)} \ \ left [{(4s)} ^ 2 {(3d)} ^ 2 \ \ mathrm {of} \ {\ mathrm {Ti}} _ {( 6c)} \ right] =4 \ times \ left [{\ mathrm {O}} _ {\ left (3 \ mathrm {C} \ right)} \ right] +2 \ times \ left [{\ mathrm {O }} _ {\ mathrm {b} \ left (2 \ mathrm {C} \ right)} \ right] $$ (1) $$ \ kern1.5em \ left [{(4s)} ^ 2 {(3d) } ^ 2 \ \ mathrm {of} \ {\ mathrm {Ti}} _ {(6c)} \ right] + \ left [{\ left (1 \ mathrm {s} \ right)} ^ 1 \ \ mathrm { de} \ \ mathrm {H} \ right] =4 \ times \ left [{\ mathrm {O}} _ {\ left (3 \ mathrm {C} \ right)} \ right] +1 \ times \ left [ {\ mathrm {O}} _ {\ mathrm {b} \ left (2 \ mathrm {C} \ right)} \ right] + \ left [\ mathrm {OH} \ right] + {\ mathrm {e}} ^ {-} $$ (2) $$ {\ mathrm {Ti}} _ {(5c)} \ \ left [{(4s)} ^ 2 {(3d)} ^ 2 \ \ mathrm {elétrons} \ \ mathrm {of} \ {\ mathrm {Ti}} _ {(5c)} \ right] =5 \ times \ left [{\ mathrm {O}} _ {\ left (3 \ mathrm {C} \ right)} \ right] $$ (3)

a O diagrama esquemático da transferência de carga superficial entre o metal e TiO ₂ . b Determinação da concentração e espécies de íons metálicos com base na magnitude da corrente induzida pela transferência de carga

O método de voltametria de redissolução pode ser usado para identificar a concentração e as espécies de metais na superfície do TiO ₂ arranjos de nanotubos. Neste método, a dependência da corrente da concentração e das espécies de metais pode ser mostrada na Eq. (4) [38]:
$$ \ Delta {i} _p =\ frac {nFA {D} ^ {1/2} \ mathrm {C}} {\ sqrt {\ pi {t} _m}} \ left (\ frac {1- \ sigma } {1+ \ sigma} \ right) $$ (4)
Onde, σ =exp [( nF / RT ) ( ∆E / 2)], e N é o número de elétrons que participam de reações com metais. F , A , D , C , e t _m representam a constante de Faraday, a área do eletrodo, o coeficiente de difusão e a concentração dos íons metálicos e a largura de pulso, respectivamente. Pode-se ver a partir desta equação que a corrente é proporcional à concentração do metal.

Detalhes Experimentais

Uma folha de titânio puro (20 × 20 × 0,1 mm; pureza de 99,9%) foi polida quimicamente para remover a camada de óxido e criar uma superfície lisa. Para ser específico, uma quantidade adequada de ácido HF com uma concentração de 40% foi vertida em água ionizada proporcionalmente (0,5%); em seguida, a folha de titânio foi mergulhada na solução pré-preparada por 10 segundos e foi retirada instantaneamente e então seca com nitrogênio. Em seguida, foi lavado ultrassonicamente em acetona, álcool etílico absoluto e água deionizada a 30 ° C por 12 min respectivamente. No processo, a acetona foi usada principalmente para limpar a superfície da folha de Ti com rugosidade de 0,139 μm e 0,066 μm antes e depois do tratamento, respectivamente. O pré-tratamento das folhas de Ti é necessário antes dos experimentos para maior suavidade. A configuração experimental foi aplicada na Ref. [39]. O espectrômetro de fotoelétrons de raios-X AMICUS (XPS) de Shimadzu foi usado para a definição quantitativa da composição do TiO preparado ₂ arranjos de nanotubos.

Nanopartículas de Ag (NPs) com vários tamanhos foram depositadas no TiO ₂ nanotubos de superfície (QPrep400, Mantis) com a potência de 60 W sob condições de vácuo de 10 ⁻³ Torr. A pureza da placa de Ag era de 99,9999%.

Uma estação de trabalho eletroquímica (CHI660E, Shanghai Chenhua) foi usada para realizar os experimentos de voltametria de redissolução para detectar a concentração de Fe ³⁺ íons. Um sistema de três eletrodos (eletrodo de trabalho, eletrodo de referência e eletrodos auxiliares) que consiste em duas alças foi usado para monitorar o processo de reação eletroquímica do eletrodo de trabalho e manter o equilíbrio da reação química.

Nos experimentos, quatro tipos de Fe ³⁺ com as concentrações de 10 μg / L, 20 μg / L, 30 μg / L, 40 μg / L e 50 μg / L foram misturados em cloreto de amônio, respectivamente. Quando detectado, o ferro neutro primeiro foi adsorvido no TiO ₂ nanotubos superficiais com / sem deposição de Ag após a reação de redução com substrato de Ti, seguido de reoxidação quando o viés reverso foi aplicado. A tensão varrida variou de - 1 V a 1 V com uma etapa de 0,005 V. A corrente mínima detectável foi 10 ⁻⁵ A, e a duração detectada foi de 120 s. Concentração de Fe ³⁺ íons foram avaliados a partir da dependência do pico da corrente de dissolução na tensão.

Resultados e discussão

Preparação e caracterização do TiO ₂ Matrizes de nanotubos

TiO ₂ arranjos de nanotubos produzidos em eletrólito composto de glicol, 2 vol% de água e 0,3% em peso de fluoreto de amônio com a voltagem de oxidação sendo 60 V, o tempo de oxidação sendo 2 h, a temperatura de oxidação sendo 40 ° C e a temperatura de calcinação sendo 500 ° C teve a morfologia e desempenho ideais [39]. Topografia e imagens de microscópio eletrônico de varredura (SEM) de visão lateral do TiO ₂ arranjos de nanotubos são mostrados na Fig. 2a, b, respectivamente. Na Fig. 2a, o TiO ₂ arranjos de nanotubos são bem organizados com um diâmetro médio de 50 nm. Na Fig. 2b, o comprimento do nanotubo é de aproximadamente 19,2 μm com um ângulo de inclinação relativo de 30 ° com o substrato quando medido. A partir desses resultados, pode-se verificar que a área de contato com Fe ³⁺ íons para as matrizes de nanotubos podem ser obviamente aumentados conforme o comprimento do tubo aumenta, o que pode melhorar a sensibilidade de detecção de forma eficaz.

Topografia ( a ) e vista lateral ( b ) Imagens do TiO ₂ Matrizes de nanotubos, respectivamente

A Figura 3a – d mostra imagens SEM de TiO ₂ nanotubos com deposição de nanopartículas de Ag com durações de 30 s, 35 s, 40 s e 45 s respectivamente. Na Fig. 3a, quando a duração da deposição foi de 30 s, o diâmetro médio e a espessura de cobertura das nanopartículas de Ag adsorvidas na parede dos nanotubos foram de aproximadamente 10 nm e 5 nm, respectivamente. A partir desses resultados, pode-se ver que as nanopartículas são uniformes na distribuição de tamanho. Na Fig. 3b, c, quando as durações de deposição foram estendidas para 35 se 40 s, o estado das nanopartículas de Ag tornou-se gradualmente em estado de agrupamento e os diâmetros das partículas de Ag aumentaram para 20 nm e 25 nm, respectivamente. Os diâmetros das nanopartículas de Ag aumentaram ainda mais até se tornarem aglomerados que cobrem parcialmente a superfície do TiO ₂ nanotubo quando o tempo de deposição aumentou para 45 s, o que é mostrado na Fig. 3d.

Imagens SEM de TiO carregado com nanopartículas de Ag ₂ Matrizes de nanotubos com durações de pulverização catódica de 30 s, 35 s, 40 s e 45 s correspondendo a ( a ) - ( d ), respectivamente

A fim de confirmar a composição do TiO ₂ arranjos de nanotubos com / sem adsorção de partículas de Ag com uma duração de 30 s, experimentos de XPS foram realizados, que são mostrados na Fig. 4a-d. Na Fig. 4a, os espectros de Ag foram dados com as intensidades de 3200 e 2400 contagens quando os valores de energia de ligação foram 368,24 eV e 374,25 eV, respectivamente, o que mostrou que FWHM (onda completa na metade do máximo) de Ag foi de aproximadamente 1 eV. A partir desses resultados, pode-se ver que apenas um estado químico Ag ⁰ foi detectado após a deposição de Ag.

Espectroscopia de fotoelétrons dos espectros de Ag em ( a ); e as espectroscopias de TiO ₂ Nanotubos com / sem Deposição de Ag em ( b ), ( c ) e ( d ) Medido por XPS, respectivamente

Na Fig. 4b, os espectros de Ti com / sem deposição de Ag foram dados e marcados com linhas vermelhas e pretas. Antes da deposição do Ag, os valores observados de energia de ligação do Ti foram 459,60 eV e 465,18 eV com as intensidades sendo 2250 e 1250 contagens, respectivamente. Em contraste, os valores da energia de ligação do Ti foram 458,88 eV e 464,66 eV com as intensidades crescentes sendo 3250 e 2700 contagens, respectivamente, após a deposição. A diferença na energia de ligação antes da deposição do Ag foi de 5,58 eV; em contraste, a diferença após a deposição mudou para 5,78 eV, que foi aumentada em 0,3 eV aproximadamente. Além disso, os dois desvios de pico de titânio foram 0,72 eV e 0,52 eV, respectivamente. Este fenômeno foi causado pela interação de Ag NPs.

Fenômenos semelhantes foram observados nos espectros de oxigênio e carbono com / sem deposição de Ag, que são mostrados na Fig. 4c, d, respectivamente. Antes da deposição, os valores de energia de ligação do oxigênio eram 530,89 eV e 533,28 eV com as intensidades sendo 3500 e 4500 contagens, respectivamente. Esses resultados mostraram que o oxigênio estava em um estado de duas valências negativo (oxigênio da rede) e consistia em TiO ₂ com titânio. Por outro lado, o valor da energia de ligação do oxigênio foi de 530,24 eV com a intensidade de 4900 contagens após a deposição. Além disso, o valor do pico de oxigênio da energia de ligação, 533,28 eV, desapareceu após a deposição, e o deslocamento do pico de oxigênio foi de 0,67 eV. Esses resultados demonstraram que o estado do oxigênio foi alterado de oxigênio da rede para oxigênio adsorvido devido à reação com Ag NPs após a deposição.

Na Fig. 4d, detectamos o espectro de contaminação por carbono no TiO ₂ arranjos de nanotubos com / sem deposição de Ag, que foram marcados com linhas vermelhas e pretas, respectivamente. O valor da energia de ligação da contaminação com carbono foi 285,41 eV com a intensidade do número de fótons sendo aproximadamente 1350 contagens antes da deposição. Pelo contrário, o valor da energia de ligação da contaminação do carbono foi 284,80 eV com a intensidade do número de fótons sendo aproximadamente 1050 contagens após a deposição de Ag, o que significa que o valor da energia de ligação e o número de fótons do carbono foi reduzido em 0,59 eV e 30% respectivamente. Esses resultados indicaram que a quantidade de contaminação por carbono foi significativamente reduzida após a deposição de Ag NPs. Em outras palavras, a deposição de Ag NPs pode reduzir a contaminação do eletrodo, bem como melhorar a eficiência da transferência de carga. Deve-se notar que o deslocamento da energia de ligação medida após a deposição foi de aproximadamente 0,8 eV, que foi principalmente devido ao deslocamento do carbono.

Portanto, TiO ₂ arranjos de nanotubos depositados com Ag NPs podem efetivamente reduzir a taxa de recombinação de elétrons e lacunas e aumentar a condutividade e a taxa de transferência de carga dos eletrodos em comparação com TiO ₂ arranjos de nanotubos sem Ag NPs.

Detecção de Fe ³⁺ Íons com / sem deposição de NPs de Ag

A fim de obter os resultados experimentais, a voltametria de redissolução eletroquímica foi usada para detectar Fe metálico ³⁺ íons com TiO ₂ arranjos de nanotubos sem deposição de Ag NPs. A concentração de Fe ³⁺ íons é definido dentro de uma faixa de 10 μg / L a 50 μg / L. Dependência da corrente de dissolução da tensão quando Fe ³⁺ íons foram detectados é mostrado na Fig. 5. Durante a medição, quando a tensão aplicada foi inferior a - 0,3 V, a corrente de dissolução manteve-se constante e permaneceu aproximadamente 0 A. Quando a tensão aplicada estava dentro de uma faixa de - 0,3 V a - 0,16 V, a corrente caiu rapidamente e o pico foi reduzido aproximadamente de -1,16 × 10 ⁻⁴ A a - 1,28 × 10 ⁻⁴ A com o Fe ³⁺ o incremento da concentração de íons estando dentro de uma faixa de 10 μg / L a 50 μg / L e com as mudanças de voltagem estando dentro de uma faixa de - 0,18 V a - 0,16 V, respectivamente. A inserção mostra a dependência do pico da corrente na tensão aplicada, como mostrado na Fig. 5. Quando a tensão aplicada V> - 0,16 V, a corrente de dissolução aumentou exponencialmente e gradualmente, e ficou dentro de uma faixa de - 0,2 × 10 ^{- 4} A a - 0,4 × 10 ⁻⁴ A. A partir deste resultado, pode-se ver que o pico da corrente diminui com o aumento de Fe ³⁺ concentração de íons, e que o TiO ₂ matriz de nanotubos pode ser usada como Fe ³⁺ sensor de detecção.

Dissolve a dependência da corrente da tensão quando detectada Fe ³⁺ íons

Dependência dos picos de corrente na Fig. 5 em Fe ³⁺ a concentração de íons (de 10 μg / L a 50 μg / L) também está resumida na Fig. 6. A linha sólida é o ajuste de dados e está alinhada com a linearidade de uma maneira razoável. Os resultados dos ajustes podem ser calculados com y =0,00373 x + 1.1027, onde y e x representam as concentrações atuais e de íons, respectivamente. Este resultado de ajuste é suficiente para mostrar que o Fe mínimo detectável ³⁺ concentração de íons quando TiO ₂ arranjos de nanotubos sem deposição de Ag NPs são adotados é de 37,3 μA / μg / L. O limite de detecção de Fe ³⁺ ( δx =( dy / dx ) ⁻¹ · (1 / dy )) quando o TiO ₂ as matrizes usadas devem ser de 15,01 nM, levando em consideração a faixa linear. Aqui, dy / dx =37,3 μA / μg / L e δy =0,01 μA, M _Fe =56, respectivamente. Este resultado é comparável ao da Ref [25]. Neste artigo, a razão de extinção A700 nm / A520 nm é linear com a concentração de Fe ³⁺ variando de 40 mM a 80 mM, que pode realizar a detecção sensível de Fe ³⁺ íons com um limite de detecção de 14,82 nM quando o método UV-visível baseado em DTC-PASAu NP para detecção no local e em tempo real de Fe ³⁺ em amostras biológicas são adotadas.

Os picos atuais de dependência do Fe ³⁺ concentração de íons

A seguir, aumento de sensibilidade de Fe ³⁺ detecção de concentração para TiO ₂ arranjos de nanotubos com deposição de Ag foram investigados, com durações de deposição de 30s, 35s e 40s, respectivamente. The Fe ³⁺ a concentração foi fixada em 10 μg / L, e o resultado é mostrado na Fig. 7. Quando a tensão aplicada V foi inferior a - 0,3 V, a corrente de dissolução manteve-se quase constante e foi de aproximadamente 0 A. Quando a tensão aplicada estava dentro de um faixa de - 0,3 V a - 0,2 V, a corrente caiu rapidamente para aproximadamente - 1,35 × 10 ⁻⁴ A, e quando a tensão aplicada era maior que - 0,2 V, a corrente de dissolução aumentou exponencialmente e gradualmente, e permaneceu dentro de uma faixa de - 0,08 × 10 ⁻⁴ A a - 0,4 × 10 ⁻⁴ A. A inserção mostra a dependência do pico da corrente na tensão aplicada, como mostrado na Fig. 7. A dependência dos picos na Fig. 7 na deposição de NPs Ag com a duração estando dentro de uma faixa de 0 s a 40 s também é resumida em Fig. 8, e a linha sólida apresentou o ajuste dos dados. Pode-se ver que a corrente atingiu o valor máximo (aproximadamente - 1,38 × 10 ⁻⁴ A) quando o tempo de deposição de Ag NPs foi de 30 s. Em particular, em comparação com o valor da corrente antes da deposição de Ag no TiO ₂ matrizes de nanotubos, o valor da corrente aumentou para aproximadamente -1,15 × 10 ⁻⁴ A, o que significava que a sensibilidade do Fe ³⁺ a detecção foi aumentada em 20% quando a deposição de Ag NPs ocorreu no TiO ₂ superfície. Além disso, o valor máximo da corrente na duração da deposição de 30 s foi considerado diretamente relacionado com diâmetros e distribuição uniforme de NPs de Ag no TiO ₂ superfície. Consequentemente, TiO ₂ matrizes de nanotubos são caracterizadas por fabricação relativamente simples, alta sensibilidade e reprodutibilidade em comparação com outros Fe ³⁺ métodos de detecção. Além disso, a mudança de cor da solução coloidal Ag pode ser distinguida a olho nu, o que também pode ser usado para verificar diretamente se Fe ³⁺ existe na solução e serve como uma base forte para esta pesquisa. Portanto, NPs Ag funcionalizados em TiO bem ordenado ₂ matrizes de nanotubos forneceram baixo custo, alta seletividade e resposta de detecção de sensibilidade para Fe ³⁺ com um limite baixo de detecção em condições ambientais. Notavelmente, o aumento da sensibilidade de Fe ³⁺ a detecção também pode ser realizada para outros Fe ³⁺ soluções com diferentes concentrações.

Detecção de Fe ³⁺ íons por TiO carregado com Ag ₂ arranjos de nanotubos com várias concentrações

A relação entre o tempo de deposição do íon Ag no TiO ₂ matriz de nanotubos e a concentração de detecção de Fe ³⁺ íon

A fim de demonstrar a seletividade do TiO ₂ -Ag NPs para Fe ³⁺ íons, experimentos competitivos foram realizados na presença de outros íons metálicos quando ressonância plasmônica de superfície (SPR), espectrometria UV-visível, etc. foram usados. Teoricamente, o deslocamento de pico característico deve ocorrer apenas com a solução mista de íons metálicos contendo Fe ³⁺ íons conforme indicado nas Eqs. (1) - (4). Vamos nos concentrar nos experimentos competitivos a seguir.

Conclusões

TiO ₂ é um importante material funcional que não só é amplamente utilizado em detectores de UV, fotocatalisadores e células solares sensibilizadas por corante, mas também em importantes aplicações potenciais em sensores ultrassensíveis. Neste artigo, apresentamos um método que utiliza TiO bem alinhado ₂ arranjos de nanotubos com nanopartículas de Ag como sensor de voltametria para detecção altamente eficiente de Fe ³⁺ Íon. No início, o método de oxidação anódica foi adotado para preparar TiO ordenado ₂ arranjos de nanotubos, seguidos por Ag NPs funcionalizados com a capacidade de detecção de íons de ferro. Então, os espectros do TiO ₂ nanotubo com / sem os Ag NPs foram comparados por XPS, o que provou que o oxigênio da rede em TiO ₂ arranjos de nanotubos foram liberados para o oxigênio adsorvido devido à interação de Ag NPs. Portanto, quando NPs de Ag funcionalizados em matrizes de nanotubos foram usados, a detecção de íons de ferro realizada com o método de voltametria de redissolução anódica foi investigada para validar seu grande potencial em se tornarem sensores de metais pesados, o que provou que NPs de Ag funcionalizados em TiO _{2 bem ordenado} matrizes de nanotubos forneceram baixo custo, alta seletividade e resposta de detecção de sensibilidade para Fe ³⁺ com um limite baixo de detecção em condições ambientais. Este método cria novas possibilidades para o desenvolvimento de sensores para monitoramento de Fe ³⁺ em amostras biológicas sem qualquer procedimento de pré-tratamento de amostra.