高感度非酵素グルコースセンサーのためのSWCNT/CuO/ZnO NR/グラフェンハイブリッド電極の機能チャネル化

Functional Channel of SWCNTs/CuO/ZnO NRs/Graphene Hybrid Electrodes for Highly Sensitive Nonenzymatic Glucose Sensors.

• Hsi-Chao Chen
• Wei-Rong Su
• Yun-Cheng Yeh

抄録

ここでは、電流応答型無酵素グルコースセンサーに用いられている単層カーボンナノチューブ(SWCNT)/CuO/ZnOナノロッド(NR)/グラフェンのハイブリッド電極について、機能性チャネルの形成機構について検討した。ハイブリッド電極の合成は、4つのステップで行った。まず、グラフェンを化学気相成長法（CVD）で成長させた後、インジウム透明酸化物（ITO）ガラス上に湿式転写した。次に、グラフェン/ITOガラス上に酸化亜鉛（ZnO）シード層をスパッタリングし、水熱法によりZnO NRを徐々に成長させた。第三に、電気化学的方法により酸化亜鉛 NR を酸化第一銅（CuO）でクラッド化した。第四に、SWCNTをナフィオン界面活性剤を用いてCuO表面に滴下した。X線回折スペクトル、走査型電子顕微鏡スペクトル、ラマンスペクトル、サイクリックボルタンモグラム、アンペロメトリック応答図を用いてデバイスの性能を検証した。その結果、感度は11.2μA mM cmから289.8μA mM cmに、直線範囲は0.6から11.1mMに、決定係数（）は0.9766から0.9923に、いずれもSWCNTs/CuO機能チャネル機構を添加した場合とグラフェンを添加していない場合とで大幅に増加した。機能チャネル電極にグラフェンを添加した場合、低濃度での感度は289.8から466.1μA mM cmへと再び上昇した。

The hybrid electrode of single-wall carbon nanotubes (SWCNTs)/CuO/ZnO nanorods (NRs)/graphene used on the current-response nonenzymatic glucose sensor was investigated herein, regarding the mechanism of the formation of functional channel. The synthesis of the hybrid electrode involved four steps. First, the graphene was grown by chemical vapor deposition (CVD) and then wet-transferred onto indium transparent oxide (ITO) glass. Second, a zinc oxide (ZnO) seed layer was sputtered onto the graphene/ITO glass, and ZnO NRs were gradually grown by the hydrothermal method. Third, the ZnO NRs were clad with cuprous oxide (CuO) by the electrochemical method. Fourth, the SWCNTs were dropped onto the CuO surface, with a Nafion surfactant. X-ray diffraction spectra, scanning electron microscopy spectra, Raman spectra, cyclic voltammograms, and amperometric response diagrams were used to verify the performance of the device. Results showed that sensitivity increased significantly from 11.2 to 289.8 μA mM cm, linear range increased significantly from 0.6 to 11.1 mM, and the coefficient of determination () increased from 0.9766 to 0.9923, all by the addition of the SWCNTs/CuO functional channel mechanism and without graphene. When the graphene was added to the functional channel electrode, sensitivity increased again from 289.8 to 466.1 μA mM cm at low concentrations.