一种具有优异电催化活性的rGO/MoS?杂化材料的简便合成方法，用于对乙酰氨基酚检测

《Nano-Structures & Nano-Objects》：Facile synthesis of a rGO/MoS? hybrid with enhanced electrocatalytic activity for paracetamol detection

　　

Gurveer Singh|Ritika Sharma|Kamal Kishor Thakur

印度旁遮普邦莫哈利市Gharuan，昌迪加尔大学科学研究所化学系，邮编140413

摘要

对乙酰氨基酚是一种常用于缓解疼痛和发热的常见药物，但由于其使用广泛，其在环境中的积累可能带来健康危害和污染问题。因此，开发灵敏、选择性强且成本低的分析方法来监测对乙酰氨基酚仍是一项重要挑战。在本研究中，通过水热法合成了rGO/MoS₂纳米复合材料（1:2，质量比），并将其用作高性能电化学传感器来检测对乙酰氨基酚。该复合材料具有结构紧密、电活性位点丰富以及导电性优异的特点，从而提升了改性玻璃碳电极的电化学性能。通过EIS和CV分析可知，改性后的玻璃碳电极的电荷转移电阻降低，电子传输速度加快。该传感器在对乙酰氨基酚浓度为5–160?μm范围内呈现线性响应，检测限仅为4.08?μM。对乙酰氨基酚的氧化过程受扩散控制，且涉及质子耦合的电子转移。此外，该传感器对干扰物质具有很高的选择性，同时具备良好的重复性、稳定性，有望作为可靠的药品和环境监测工具。

引言

对乙酰氨基酚（N-乙酰-p-氨基酚），俗称扑热息痛，是一种常用的退烧镇痛药，其安全性已有充分证明[1]。如今，它因能有效退烧及缓解偏头痛、背痛、慢性疼痛和肌肉疼痛等病症而被广泛使用[2]、[3]。尽管其确切作用机制尚不明确，但人们认为这种具有中枢作用的镇痛退烧药可通过提高疼痛阈值和抑制中枢前列腺素合成来减轻疼痛[4]、[5]。在推荐剂量下，它在体内能被有效代谢。作为一种pKa值为9.5的弱酸，口服后能迅速被吸收和分布，并通过尿液排出体外。然而，过量服用会对肾脏和肝脏造成损伤，引发肾毒性和肝毒性[6]。尤其是那些本身患有肝病或经常饮酒的人风险更高。即便在适当剂量下，使用对乙酰氨基酚也可能增加肾功能损害和肝脏损伤的风险[7]。在许多国家，对乙酰氨基酚的毒性是导致急性肝衰竭的重要原因之一[8]。由于其治疗窗口较窄，即使少量过量也会产生严重甚至致命的副作用[9]。因此，它可能在生物系统中积累，对其对人类健康的潜在危害令人担忧。所以，迫切需要开发出灵敏高效的检测技术来监测这类药品污染物[10]、[11]、[12]。

目前，已有多种分析技术被用于检测对乙酰氨基酚，如毛细管电泳[13]、质谱分析[14]、荧光光谱法[15]、色谱法[16]、发光分析法[17]以及滴定法[18]。但这些方法通常耗时较长，且需要对样品进行复杂的预处理。相比之下，电化学技术具有更高的准确度和灵敏度，操作简便，样品处理简单，因此优于其他方法[19]。

对于电活性物质，伏安法传感器不仅能提供精确的数据，还能给出有用的机理、动力学和分析信息[20]。这类传感器不仅可用于实验室研究，还可应用于需要小型专业设备的诊断领域，尤其是在无法使用大型复杂装置的情况下。未来，这类传感器能否得到广泛应用，取决于它们是否无需样品预处理即可直接进行分析，以及是否能够获得高度可重复、价格合理且校准要求较低的纳米级电极[21]。较大的活性表面积、简洁的设计以及较强的电催化活性，都能提升它们的催化效率、信号输出强度和检测灵敏度，从而使其表现出优异的性能[22]。

现有文献中报道了多种用于检测对乙酰氨基酚的传感器。X. Hu等人[23]设计了多壁碳纳米管和壳聚糖铜复合物用于检测对乙酰氨基酚。X. Liu及其同事也报道了一种基于分子印迹聚合物的对乙酰氨基酚检测方法[24]。R. Saxena等人[25]则设计了功能化的多壁碳纳米管用于检测对乙酰氨基酚。此外，ZnO基、Cu基和Fe基等金属纳米粒子[26]也被用于对乙酰氨基酚的检测。然而，使用昂贵的商业材料以及有毒的金属纳米粒子会降低传感器的实用价值，影响其成本效益。另外，二维材料因其独特的性质和广泛的适用性而备受关注。许多二维材料已被用于开发高性能电化学传感器。例如，Nehru等人[27]制备了蛋黄壳结构MoS₂纳米结构，用于电化学检测对硝基苯酚[p-NP]；类似地，WS₂与还原氧化石墨烯的复合材料也被用于对p-NP的检测，其检测限为2.88?μM。鉴于上述情况，研究重点逐渐转向基于过渡金属硫化物复合材料的传感器。这类材料因其高表面积、低电荷转移电阻以及化学稳定性，在电化学领域受到了广泛关注。尤其是MoS₂，已被广泛用作各种反应的催化剂。尽管它是一种层状材料，但其天然状态下的活性位点并未完全暴露，这降低了其固有导电性。通过与其它导电材料结合，可以改善这一状况[29]。MoS₂可通过与rGO中的碳和氧官能团发生作用，进一步提升其催化和摩擦学性能[30]、[31]、[32]。

因此，本研究采用了通过水热辅助自组装方法成功合成的rGO与多层MoS₂ [rGO/MoS₂；(1:2，质量比)]复合材料，用于检测对乙酰氨基酚。该研究的创新之处在于利用rGO与MoS?之间的协同作用，提升了传感器对对乙酰氨基酚的检测性能。其中，rGO可作为高效导电网络，促进电子快速传输，而MoS?则拥有大量催化活性位点，可用于吸附分析物并使其氧化。此外，p型rGO与n型MoS₂的相互作用会在rGO/MoS₂纳米复合材料中形成p-n异质结[33]、[34]。这种异质结形成的范德华力有助于实现界面间的有效电荷传递。因此，本研究表明，基于rGO/MoS₂的纳米复合材料在环境监测和电化学传感领域具有巨大应用潜力。

章节节选

化学品

二硫化钼(MoS₂)、rGO以及目标分析物对乙酰氨基酚（CAS编号103–90–2）均购自Sigma-Aldrich Pvt. Ltd.。N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)和Britton-Robinson(B.R.)缓冲液则由Loba Chemie Private Limited提供的冰醋酸(CH₃COOH)和硼酸(H₃BO₃)配制而成。用于干扰研究的其它试剂，如尿酸(UA)、抗坏血酸(AA)、阿莫西林(AMX)、环丙沙星(CPX)、氧氟沙星(OFX)、多巴胺(DPM)、钠等

X射线衍射与X射线光电子能谱分析结果

图1(a)展示了MoS₂、rGO以及rGO/MoS₂复合材料的X射线衍射图谱。纯MoS₂在14.4°、33.2°和58.4°处出现三个特征峰，分别对应于(002)、(100)和(110)晶面，表明其为结晶度良好的2H六方相。而rGO则在26.3°附近出现一个峰，该峰对应于石墨碳的(002)晶面，说明其具有少层且结构无序的特点。最后，

结论

本研究通过水热辅助法成功制备了rGO/MoS₂纳米复合材料，并将其用于对乙酰氨基酚的电化学检测。通过多种表征技术验证了该复合材料的形成，BET分析显示其比表面积显著升高，为109.89?m2 g?1，而纯MoS₂的比表面积为49.58?m2 g?1。具有催化活性的MoS₂与导电性良好的rGO相互协同，显著提升了

作者贡献说明

Gurveer Singh：负责撰写原始稿件、数据可视化、方法设计、资金申请、正式分析以及数据整理工作。Kamal Kishor Thakur：负责撰写文章的审阅与编辑、数据可视化、项目监督、资源协调、方法设计、实验研究、正式分析、数据整理以及概念构思工作。Ritika Sharma：负责撰写原始稿件、数据可视化、实验研究以及正式分析、数据整理工作。

关于写作过程中生成式AI及AI辅助技术的声明

在撰写本文时，作者使用了CHATGPT 3.5来提升语言表达和文本可读性。在使用该工具/服务后，作者对内容进行了必要的审阅和修改，并对论文内容的真实性负全责。

利益冲突声明

作者声明不存在任何可能被视为利益冲突的财务利益或个人关系：无需声明。如有其他合著者，他们也声明没有可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。

致谢

Gurveer Singh和Kamal Kishor Thakur感谢昌迪加尔大学化学系为他们的研究工作提供了必要的实验条件。