电化学|氮硫共掺杂 Nb2C-MXene 纳米片用于胃液酸性条件下超灵敏电化学检测多巴胺( 三 ) 多巴胺|纳米|mv

3 。结果与讨论
3.1.结构和形态表征
在这项工作中， ML-Nb2C纳米片是通过在室温下用HF从原始 Nb2AlC纳米片上剥离铝层来合成的。然后使用硫脲作为NS资源，将杂原子引入ML-Nb2C纳米片，形成NS-Nb2C纳米片。通过SEM测量制备的纳米片的形态（图1a ， b）。可以看出，合成的ML-Nb2C纳米片表现出类似手风琴的特征层状堆叠，并且ML-Nb2C纳米片的厚度估计小于20nm（图1a）。 NS-Nb2C纳米片的二维层状结构没有被破坏，仍然具有较大的比表面积（图1b），可以为电子传输提供良好的二维导电空间，促进电子扩散。 EDS元素映射显示Nb、N和S元素均匀分布在NS-Nb2C基体上（图1c），表明掺杂的氮和硫原子分布在Nb2C上。然后， XRD分析用于表征制备的ML-Nb2C纳米片和NS-Nb2C纳米片的晶体结构。如图1d所示， ML-Nb2C纳米片的几个峰出现在(1 0 0)、(0 0 2)、(1 0 1)、(1 0 2)、(1 1 0)、(1 1 2)和(2 0 1)与之前报道的数据一致，表明成功生产了ML-Nb2C纳米片。 NS-Nb2C粉末的衍射峰与ML-Nb2C纳米片的衍射峰一致，表明氮和硫共掺杂对ML-Nb2C纳米片的结构特性没有影响。
图1. (a) ML-Nb2C纳米片的SEM图像；(b) NS-Nb2C纳米片的SEM图像；(c) NS-Nb2C纳米片中Nb、N和S的元素分布图；(d) ML-Nb2C纳米片和NS-Nb2C纳米片的XRD谱。
考虑到电化学材料的表面成分也对其电化学特性有显着影响，因此应用XPS来识别NS-Nb2C的化学成分。如表S1所示，在NS-Nb2C中检测到合理数量的氮和硫。 N和S的原子浓度分别为8.68%和2.15% 。图2a中NS-Nb2Cpnanosheets的XPS测量光谱显示样品中存在Nb 3d、C 1s、O 1s、F 1s、N 1s和S 2p ，证实了表面官能团的存在-F ， -O 。 N 1s峰和S 2p峰的存在表明N和S成功掺杂到ML-Nb2C纳米片中，这与EDS结果一致。拟合了Nb 3d、N 1s和S 2p区域中NS-Nb2C的高分辨率XPS光谱，然后分别显示在图2b-d中。 Nb 3dXPS光谱被解卷积为三个主要带，以203.8eV、207.2eV和210eV为中心，可以分别分配给Nb-C、NbO和Nb2O5 。 N 1s XPS谱表明， N、季氮(N-Q)在400.6eV、吡咯氮(N-5)在399.6eV、吡啶氮(N-6)在398.8eV有四种结合模式，以及氮化物(N-Nb)在396.5eV 。 N-5是其中的主要部分，它与硫脲中的氮原子取代Nb2C晶格中的碳原子形成的缺陷有关。 N-Q来源于 Nb2C晶格中的碳原子被氮原子取代，这可以增加NS-Nb2C纳米片的导电性并提高电荷转移速度。 N-Nb由表面的N原子取代-F或-O形成，有利于改善电极材料与电解质的接触，从而增加表面的反应位点。不同类型氮的协同作用导致电化学性能的显着提高。 S 2p XPS光谱显示S有四个峰划分，分别是噻吩硫在163.5eV和164.7eV处由自旋轨道耦合引起的C-S-C共价键，以及硫氧化物SOx (x=2-4)在168.5eV和169.7eV处具有不同的价态，表明硫已掺杂在NS-Nb2C纳米片中以形成C-S-C共价键。
图2 NS-Nb2C纳米片的XPS光谱（a）；对应的高分辨率Nb 3d峰(b)、N 1s峰(c)和S 2p峰(d) 。
3.2.不同电极的电化学行为
在pH=3.0的条件下，使用CV研究了裸GCE、多层Nb2C纳米片(ML-Nb2C)、DL-Nb2C纳米片和氮和硫共掺杂 Nb2C纳米片(NS-Nb2C)电极的电化学行为。如图3a所示，对于裸GCE ，可以清楚地观察到DA和多巴胺醌（DAQ）之间的一对氧化还原峰。此外，相对于裸GCE、ML-Nb2C纳米片和DL-Nb2C纳米片， NS-Nb2C纳米片的氧化还原电流峰值大大提高。通过改变ML-Nb2C纳米片与硫脲的反应时间，得到不同氮硫掺杂量的样品，记为NS-Nb2C-1、NS-Nb2C-2、NS-Nb2C-3 。从XPS测量中检测到的NS-Nb2C中氮和硫的原子浓度如表S1所示。图3b显示了不同氮硫掺杂比的 Nb2C纳米片在pH=3.0条件下的电化学性能。如图所示， NS-Nb2C(N:S=4:1)表现出最好的电化学性能。为了比较不同电极在酸性和中性条件下的电化学性能，在pH=7.0条件下，通过CV研究了上述不同传感器的电化学行为。如图S1所示，氧化还原电流的峰值在pH=7.0时均显着降低。根据之前的报道， Nb2C纳米片在酸性条件下具有很小的氢吸附自由能，表现出良好的电催化性能。