研究内容

自供电电化学传感器(SPES)是一种无需外部电源的分析传感设备，集成了电源和检测性能的双重功能，为开发智能便携式电化学传感设备奠定了基础。

湖北大学王升富和文为 构建了一种基于锌-空气电池的新型SPES，用于检测结肠癌细胞裂解物中的硫化氢(H 2 S)。使用具有氧还原性能的Fe/Fe 3 C@石墨烯泡沫构建基于锌-空气电池(ZAB-SPES)的SPES，开路电压达到1.30 V。其中，H 2 S的中毒效应导致氧还原催化剂的催化性能降低，导致ZAB的放电电压显著降低。构建了ZAB-SPES，用于使用数字万用表检测H 2 S。与H 2 S特异性荧光探针的结果相比，提出的ZAB-SPES在检测H 2 S方面表现出良好的选择性和再现性。相关工作以“ A Portable Self-Powered Electrochemical Sensor Based on Zinc-Air Battery for Detection of Hydrogen Sulfide ”为题发表在国际著名期刊 Analytical Chemistry 上。

研究要点

要点1. 考虑到ZABs的开放结构和能量输出特性，作者开发了Fe/Fe 3 C@石墨烯泡沫作为高性能ORR催化剂，构建用于检测硫化氢的基于锌-空气电池(ZAB-SPES)的SPES。

要点2. 作者以九水合硝酸铁为金属源，聚乙烯吡咯烷酮为配体，通过高温热解获得Fe/Fe 3 C@石墨烯泡沫。使用热重-质谱法研究了Fe/Fe 3 C@石墨烯泡沫热解过程。然后，通过旋转圆盘电极来研究了Fe/Fe 3 C@石墨烯泡沫的氧还原性能。。、

要点3. 利用硫化氢对催化剂的毒害作用，实现了ZAB-SPES的硫化氢检测。其中，硫化氢的中毒作用会降低氧还原催化剂的催化性能，并导致ZAB-SPES的放电电压显著降低。基于这一原理，使用数字万用表作为检测装置，构建了具有良好选择性和再现性的用于硫化氢检测的ZAB-SPES。检测范围为5～1000 μM，检测限为4 μM。与硫化氢特异性荧光探针相比，ZAB-SPES在实际样品检测中具有良好的可靠性和稳定性。

这一策略丰富了构建自供电传感器和数字万用表作为检测设备的想法，为SPE的便携性提供了技术支持。

研究图文

图1.（A）Fe/Fe 3 C@石墨烯泡沫的SEM。（B）Fe/Fe 3 C@石墨烯泡沫的高倍SEM。（C）Fe/Fe 3 C@石墨烯泡沫的XRD。（D）Fe/Fe 3 C@石墨烯泡沫的TEM。（E）Fe/Fe 3 C@石墨烯泡沫的HRTEM。（F）Fe/Fe 3 C@石墨烯泡沫的拉曼光谱。

图2. Fe/Fe 3 C@石墨烯泡沫的XPS：（A）全光谱，（B）C 1s，（C）Fe 2p，（D）Fe/聚合物的TG分析。（E）铁/聚合物的热重质谱分析。（F）在不同温度下进行热重质谱分析。

图3.（A）ZAB-SPES在不存在或存在H 2 S的情况下的E ocpt 响应。（B）H 2 S中毒前后O 2 在Fe 3 C(031)晶体表面的吸附能。

图4.（A）ZAB-SPES对不同浓度硫化氢的E ocpt 响应。（B）E ocpt 响应与硫化氢浓度之间的线性关系曲线。（C）ZAB-SPES的再现性。（D）ZAB-SPES的选择性；1-10分别代表空白、1 mM CaCl 2 、KCl、NaCl、葡萄糖、Na 2 SO 3 、L半胱氨酸、Na 2 SO 4 、KSCN和20 μM H 2 S。误差条代表三次重复测量的标准偏差。

图5.（A）荧光探针对不同浓度硫化氢的响应。（B）荧光强度与硫化氢浓度之间的线性校准曲线。（C）ZAB-SPES和荧光探针检测硫化氢的原理图。（D）ZAB-SPES和荧光探针检测HCT116细胞裂解液中硫化氢的比较。误差条表示三次重复测量的标准偏差。

文献详情

A Portable Self-Powered Electrochemical Sensor Based on Zinc-Air Battery for Detection of Hydrogen Sulfide

Junlun Zhu, Yao Xiao, Wei Hu, Qian Cui, Yuying Yuan, Xu Peng, Wei Wen,* Xiuhua Zhang, Shengfu Wang*

Anal. Chem.

DOI: https://doi.org/10.1021/acs.analchem.3c03423

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