フッ素終端{001}露出TiO単結晶センサーによるドーパミンの安定な電気化学的定量

Stable Electrochemical Determination of Dopamine by a Fluorine-Terminated {001}-Exposed TiO Single Crystal Sensor.

• Yang Si
• Ai-Yong Zhang
• Chang Liu
• Dan-Ni Pei
• Han-Qing Yu

抄録

光化学酸化は、汚染物質モニタリングにおいてファウリングした電極を効果的に再生することができるが、その再生能力は、親水性金属酸化物への解離水吸着に起因する表面結合型ヒドロキシルラジカルの低活性化と移動度によって制限されている。本研究では、フッ素終端{001}露出TiO単結晶(F-TiO)を合理的に設計し、異なるマトリックス中のドーパミン(DA)検出のためのAuベースの電気化学センサー(Au/F-TiO)を構築した。このAu/F-TiOセンサーは、環境試料や生体試料の両方において、効率的で安定した検出能力を示します。Au/F-TiO電極では、紫外線照射下でのマトリックス効果を大幅に低減し、優れた光化学的再生能力が得られた。スペクトル観察,結晶構造解析,汚染物質分解性能,ラジカル阻害,表面増強ラマン散乱試験の結果から、Au/F-TiO電極の優れた光化学再生能力は、フッ素終端の表面化学的特徴とバルクフリーラジカルスペシエーションの両方が主な原因であることが明らかになった。また、実際の生体試料においても、Au/F-TiO電極上で安定した電気化学的なDA検出が可能であることを明らかにした。本研究は、安定モニタリングのための電気化学センサーを洗練させる新たなアプローチを確立し、実用化に向けた高効率で低コストの堅牢な光活性電極基板を提供するものである。

Photochemical oxidation is able to effectively regenerate the fouled electrode in electrochemical pollutant monitoring, while its regeneration capacity is limited by the surface-bound hydroxyl radical speciation with low activity and mobility, which is attributed to the dissociated water adsorption on hydrophilic metal oxides. In this work, fluorine-terminated {001}-exposed TiO single crystals (F-TiO) are rationally designed to construct an Au-based electrochemical sensor (Au/F-TiO) for dopamine (DA) detection in different matrices. The Au/F-TiO sensor exhibits an efficient and stable detection capacity in both environmental and biological samples. A superior photochemical regeneration capacity is obtained on the Au/F-TiO electrode with much reduced matrix effects under UV irradiation. Spectral observation, crystallographic analysis, pollutant degradation performance, radical inhibition, and surface enhanced Raman scattering tests reveal that both the fluorine-terminated surface chemical features and the bulk-free radical speciation are mainly responsible for the superior photochemical regeneration capacity of the Au/F-TiO electrode. Even for the real biological samples, a stable electrochemical DA detection is also achieved on the Au/F-TiO sensor. Our work establishes a new approach to refine electrochemical sensors for stable monitoring and provides a robust photoactive electrode substrate with high efficiency and low cost for practical applications.