Memanipulasi Suhu Sulfurisasi untuk Mensintesis Film Nanosphere -NiS untuk Pengawetan Jangka Panjang Sensor Glukosa Non-enzimatik
Abstrak
Pada penelitian ini, film nanosfer alfa nikel sulfida (α-NiS) telah berhasil disintesis dengan cara elektroplating film nanosheet nikel pada substrat kaca indium tin oxide (ITO) dan substrat kaca ITO berlapis nikel belerang. Pertama, kami melakukan elektrodeposisi film nanosheet nikel pada substrat kaca ITO yang dipotong menjadi 0,5 × 1 cm
2
ukuran. Kedua, film nikel nanosheet dianil dalam ampul kaca yang disegel vakum dengan lembaran belerang pada suhu anil yang berbeda (300, 400, dan 500 °C) selama 4 jam dalam ampul kaca yang disegel vakum. Film -NiS diselidiki dengan menggunakan difraksi sinar-X (XRD), mikroskop elektron pemindaian vakum variabel (VVSEM), mikroskop elektron pemindaian emisi medan/spektrometer dispersi energi (FE-SEM/EDS), voltamogram siklik (CV), elektrokimia spektroskopi impedansi (EIS), spektrum ultraviolet/tampak/inframerah dekat (UV/Visible/NIR), dan spektrum fotoluminesensi (PL). Banyak nanospheres yang diamati pada permukaan film -NiS pada suhu anil 400 °C selama 4 jam. Kami juga menggunakan mikroskop elektron transmisi resolusi tinggi (HR-TEM) untuk analisis -NiS nanospheres. Kami menunjukkan bahwa film nanosphere -NiS kami memiliki respons arus linier terhadap konsentrasi glukosa yang berbeda. Selain itu, film nanosfer -NiS kami diawetkan pada suhu kamar selama lima setengah tahun dan masih berguna untuk mendeteksi glukosa pada konsentrasi rendah.
Latar Belakang
Selama dekade terakhir, nikel sulfida (NiS) telah diterima memiliki konduktivitas yang baik. Dapat dicairkan sebagai bahan katoda untuk baterai isi ulang lithium [1,2,3]. Selanjutnya, NiS telah diterapkan pada penyimpanan solar [4, 5]. Itu juga telah terbukti memiliki sifat yang sangat baik untuk aplikasi di fotokatalis [6, 7]. Film NiS juga dapat digunakan untuk sensor glukosa non-enzimatik [8, 9]. Tentang deteksi glukosa, banyak metode penginderaan untuk mendeteksi glukosa telah dikembangkan. Metode yang paling banyak digunakan dan signifikan secara historis termasuk iodometri tembaga, kromatografi cair kinerja tinggi (HPLC), glukosa oksidase (GC), elektroforesis zona kapiler (CZE), dan sensor glukosa non-enzimatik [10]. Sebuah sensor glukosa non-enzimatik akan menjadi aplikasi penting untuk deteksi glukosa di masa depan [11]. Kami tertarik untuk mensintesis film NiS dan meneliti bahan semacam ini untuk salah satu aplikasi penting dari sensor glukosa non-enzimatik. Pada studi preservasi sensor, sensor glukosa non-enzimatik dapat mengawetkan lebih banyak waktu daripada sensor glukosa enzimatik [12]. Dalam makalah ini, kami akan menjelaskan proses sintesis film -NiS dan mendemonstrasikan spesimen kami yang dapat digunakan dalam mendeteksi glukosa dengan pengukuran voltamogram (CV) siklik dan amperometri. Kami juga menemukan bahwa tidak ada laporan tentang pengawetan sensor glukosa non-enzimatik pada suhu kamar selama lima setengah tahun. Dalam makalah ini, kami menunjukkan bahwa film nanosfer -NiS kami diawetkan pada suhu kamar di laboratorium kami selama lima setengah tahun dan masih berguna untuk mendeteksi glukosa pada konsentrasi yang berbeda dalam larutan yang berbeda (0,1 M NaOH dan buffer Krebs).
Metode
Persiapan Film -NiS
Untuk fabrikasi film -NiS, kondisi sintesis adalah proses dua langkah:langkah pertama adalah fabrikasi film nanosheet nikel [13, 14], dan langkah kedua adalah proses sintesis film -NiS oleh metode transportasi uap fisik (PVT) untuk sulfurisasi film nanosheet nikel [15, 16]. Pada langkah pertama, film nanosheet nikel disintesis melalui metode elektrodeposisi sederhana. Kami menggunakan anoda bidang Pt dan katoda kaca indium tin oxide (ITO), diperlakukan dalam proses elektrodeposisi katodik, untuk membuat film nanosheet nikel. Film nikel dielektrodeposisi pada substrat kaca konduktor berlapis ITO, yang dipotong menjadi 0,5 × 1 cm
2
ukuran. Masing-masing memiliki hambatan < 15 Ω/cm
2
. 0,1 M nikel sulfat heksahidrat (NiSO4 .6H2 O, Sigma-Aldrich, 98,5%) dan 0,05 M natrium hidroksida (NaOH, SHOWA, 96%) digunakan untuk menyiapkan larutan prekursor dalam air suling ganda. Kami menggunakan film nikel deposit dalam mode potensiostatik. Kami mengatur potensi elektrodeposisi pada 3,0 V DC dengan larutan pH 7,7. Film nikel berkualitas tinggi diendapkan pada 40 °C selama 10 menit. Setelah memperoleh film nikel, film nanosheet nikel dianil dalam ampul kaca yang disegel vakum dengan lembaran belerang. Film -NiS dianil pada suhu anil yang berbeda (300, 400, dan 500 °C) selama 4 jam. Kami ingin mengonfirmasi durasi waktu annealing yang optimal, dan kami menganil film -NiS pada suhu annealing 400 °C untuk waktu yang berbeda (3 dan 6 jam).
Karakterisasi Film -NiS
Morfologi film -NiS dikarakterisasi dengan menggunakan XRD (SHIMADZU XRD-6000) memanfaatkan radiasi Cu Kα, mikroskop elektron pemindaian vakum variabel (VVSEM) (HITACHI S-3000N), dan FE-SEM/EDS (HITACHI S-4800) pada 3,0 kV. Sifat elektrokimia film -NiS diukur dengan menggunakan pengukuran CV dan amperometri dengan elektroda referensi Ag/AgCl oleh potensiostat (Jiehan, ECW-5000) dalam konfigurasi tiga elektroda. Film -NiS dinilai dengan pengukuran CV dan amperometri dalam larutan 15 mL NaOH 0,1 M dengan konsentrasi glukosa yang berbeda. Pengukuran impedansi film -NiS diperkirakan dengan menggunakan spektroskopi impedansi elektrokimia (EIS) (Zennium IM6) dalam 0,1 M KCl yang mengandung 1,5 mM Fe(CN)6
3−/4−
. Film -NiS dinilai dengan pengukuran CV dan amperometri dalam buffer Krebs (115 mM NaCl, 2 mM KCl, 25 mM NaHCO3 , 1 mM MgCl2 , 2 mM CaCl2 , 0,25% albumin serum sapi [pH 7,4]; diseimbangkan dengan 5% CO2 ) [17]. Spektrum serapan film -NiS diukur dengan spektrofotometer UV/Visible/NIR (HITACHI U-3501) setelah film -NiS didispersikan dalam air suling dengan menggunakan pendispersi supersonik. Spektrum fotoluminesensi (PL) diperoleh dengan spektrometer fluoresensi (RF-5301PC) dengan laser xenon pada suhu kamar. Akhirnya, struktur kristal -NiS nanospheres diselidiki dengan menggunakan sistem HR-TEM (JEOL TEM-2010 HR-TEM).
Hasil dan Diskusi
Kami memperoleh film nanosheet nikel dengan metode elektrodeposisi. Kami mengatur elektrodeposisi DC pada potensial 3,0 V DC dan 4,0 V DC. Kami mempertahankan larutan elektroplating pada 40 °C selama 10 menit dan mengamati film nikel elektrodeposit pada substrat kaca ITO. Gambar 1 menunjukkan hasil elektrodeposit film nikel. Seperti yang terlihat pada Gambar 1a, b, permukaan yang diamati dari film nanosheet nikel dengan ukuran butir rata-rata 0,01–0,3 μm pada potensi pengendapan 3,0 V DC. Penampang dari film nanosheet nikel dengan ketebalan sekitar 500 nm ditunjukkan pada sisipan Gambar 1b. Diamati bahwa pada permukaan film nikel, itu dengan ukuran butir rata-rata 0,5-1,0 m pada potensi deposisi 4,0 V DC. Gambar 1d menunjukkan pola XRD untuk film nikel. Puncak difraksi yang sesuai dengan pola XRD untuk film nikel yang berbeda dikonfirmasi dengan perbandingan dengan kartu Joint of Committee on Powder Diffraction Standards (JCPDS870712). Oleh karena itu, kami memastikan bahwa produk akhir adalah film nikel ketika film diamati pada substrat kaca ITO.
Gambar FE-SEM dari film nikel. a , b Tampilan atas film nanosheet nikel diendapkan pada 3,0 V DC. Inset:penampang film nanosheet nikel. c Tampilan atas film nikel dideposisi pada 4,0 V DC. d Pola XRD film nikel diendapkan pada berbagai potensi (3,0 dan 4,0 V DC)
Kami menganggap bahwa film nanosheet nikel lebih baik daripada film nikel untuk mengembangkan struktur nano film -NiS. Kami mengsulfurisasi film nanosheet nikel dalam eksperimen kami untuk mendapatkan film nano-NiS. Setelah film nikel dianil dalam ampul kaca yang disegel vakum, kami mendapatkan film -NiS. Gambar 2 menunjukkan hasil pengontrolan suhu sulfurisasi yang berbeda untuk mensintesis film -NiS. Gambar 2a pola XRD menunjukkan bahwa tiga film -NiS disintesis pada tiga suhu anil yang berbeda (300, 400, dan 500 °C). Dalam pola XRD masing-masing spesimen, kami mengamati bahwa puncak difraksi dari film -NiS yang berbeda berada pada fase yang sama. Puncak difraksi yang sesuai dengan pola XRD film -NiS dikonfirmasi dengan perbandingan dengan kartu Joint of Committee on Powder Diffraction Standards (JCPDS750613). Oleh karena itu, kami mengkonfirmasi bahwa produk akhir adalah film -NiS. Gambar 2b–d menunjukkan morfologi yang berbeda dari film -NiS pada tiga suhu anil yang berbeda (300, 400, dan 500 °C) selama 4 jam. Hasil EDS film -NiS dengan persentase berat (% berat) elemen sulfur (S) dan nikel (Ni) ditunjukkan pada sisipan Gambar 2b–d. Gambar 2b menunjukkan partikel berbentuk tidak beraturan pada permukaan film -NiS pada suhu anil 300 °C. Kami mengamati partikel menjadi sekitar 0,5–2 μm pada Gambar. 2b. Hasil EDS dari film -NiS pada suhu annealing 300 °C, 34,99% berat S, dan 65,01% berat Ni dengan rasio molar 0,99 (S/Ni) ditunjukkan pada inset Gambar 2b. Kami mengamati partikel seperti bola dan struktur berpori -NiS dengan ukuran rata-rata perkiraan 0,1–0,2 μm pada permukaan film -NiS pada suhu anil 400 °C pada Gambar 2c. Hasil EDS dari film -NiS pada suhu annealing 400 °C, 35,75% berat S, dan 64,25% berat Ni dengan rasio molar 1,02 (S/Ni) ditunjukkan pada inset Gambar 2c. Kami juga mengamati partikel seperti rantai -NiS dengan ukuran rata-rata perkiraan 1–5 μm pada permukaan film -NiS pada suhu sulfurisasi 500 °C pada Gambar 2d. Hasil EDS film -NiS pada suhu annealing 500 °C, 36,22 % berat S, dan 63,22 % berat Ni dengan rasio molar 1,04 (S/Ni) ditunjukkan pada inset Gambar 2c. Kami mengamati bahwa morfologi (partikel berbentuk tidak beraturan, nanosfer, dan partikel seperti rantai) dari permukaan spesimen berubah pada suhu anil yang berbeda (300, 400, dan 500 °C). Secara umum, kami mengamati evolusi pertumbuhan dan pembentukan struktur nano yang berbeda pada suhu anil yang berbeda. Peneliti (Denholme et al.) juga mempresentasikan bahwa suhu mempengaruhi kinetika pertumbuhan NiS2 film mengontrol morfologi yang bervariasi dengan parameter suhu dalam sistem Ni-S [15]. Hal ini disebabkan oleh tekanan uap S. Demikian pula, rasional bahwa uap S berpartisipasi dalam reaksi melalui mekanisme uap-padat atau uap-cair-padat pada permukaan logam Ni dalam uap S dan reaksi transpor Ni. Dengan demikian, reaksi dilakukan dalam sistem tertutup dan bergantung pada tekanan uap reaktan. Tekanan uap tergantung pada suhu reaksi dan rasio stoikiometri reaktan. Kami berpikir bahwa morfologi NiS yang bervariasi secara signifikan dalam tekanan uap S meningkat seiring dengan peningkatan suhu dengan peningkatan yang berbeda dari laju reaksi Ni dan S.
a Pola XRD menunjukkan film nanosfer -NiS pada suhu annealing yang berbeda (300, 400, dan 500 °C). Gambar tampilan atas dari film -NiS dianil di b 300, c 400, dan d 500 °C selama 4 jam. Inset:spektrum EDS berada di inset b –d . e Gambar menunjukkan bahwa pola XRD (kiri atas), gambar FE-SEM (kanan atas, 3 jam; kiri bawah, 6 jam), dan spektrum EDS (kanan bawah) dari film -NiS pada waktu anil yang berbeda (3 dan 6 jam). H). f Kurva menunjukkan catatan tentang pengukuran suhu dan kelembaban di laboratorium kami untuk pengujian pengawetan kondisi
Kami juga ingin mengkonfirmasi durasi waktu anil yang optimal. Film -NiS dianil pada 400 °C untuk waktu lain (3 dan 6 jam). Hasilnya ditunjukkan pada Gambar. 2e. Kami mengamati bahwa pola XRD dari film -NiS yang berbeda berada pada fase yang sama dan dikonfirmasi oleh kartu JCPDS750613 di inset (kiri atas) dari Gambar 2e. Kami mengamati partikel menjadi sekitar 0,5-1 μm pada permukaan film -NiS pada suhu sulfurisasi 400 °C selama 3 jam pada inset (kanan atas) dari Gambar 2e. Hasil EDS film -NiS pada suhu annealing 400 °C, 30,43% berat S, dan 69,57% berat Ni selama 3 jam dengan rasio molar 0,8 (S/Ni) ditunjukkan pada inset (kanan bawah) dari Gambar 2e. Kami mengamati partikel menjadi kira-kira 0,5–2 μm pada permukaan film -NiS pada suhu sulfurisasi 400 °C selama 6 jam pada inset (kiri bawah) dari Gambar 2e. Hasil EDS film -NiS pada suhu annealing 400 °C, 39,92% berat S, dan 60,08% berat Ni selama 6 jam dengan rasio molar 1,21 (S/Ni) ditunjukkan pada inset (kanan bawah) dari Gambar 2e. Seperti terlihat pada sisipan (hasil EDS) dari Gambar 2c, menunjukkan bahwa tidak ada kelebihan atau kekurangan S untuk spesimen 4 jam, yang mendekati rasio stoikiometrik 1 (S/Ni). Terakhir, gambar SEM pada Gambar 2c yang memiliki lebih banyak nanosfer pada permukaan film -NiS untuk waktu anil 4 jam dibandingkan dengan dua gambar SEM untuk waktu anil yang berbeda (3 dan 6 jam) dengan partikel yang lebih besar di sisipan (bagian atas kanan dan kiri bawah) dari Gambar 2e. Kami mengonfirmasi bahwa durasi waktu anil yang optimal adalah 4 jam.
Setelah mensintesis film nanosfer -NiS, kami menempatkan beberapa film nanosfer -NiS dalam wadah plastik kecil dengan penutup plastik di laboratorium kami dengan kondisi udara selama lima setengah tahun. Waktu uji pengawetan untuk film nanosfer -NiS kami adalah dari 1 Agustus 2011 hingga 31 Desember 2016. Seperti yang terlihat pada Gambar 2f, kurva menunjukkan suhu (16–26 °C) dan kelembaban relatif (50–65% ) yang direkam di laboratorium kami untuk uji pengawetan dari 1 Agustus 2011 hingga 31 Desember 2016. Setelah menyelesaikan uji pengawetan, kami ingin mengkonfirmasi film nanosfer -NiS yang masih memiliki respons saat ini pada konsentrasi glukosa yang berbeda dengan pengukuran CV dan amperometri dalam larutan pada Januari 2017. Kami menyurvei beberapa makalah tentang pengukuran perilaku elektrokimia spesimen NiS untuk sensor glukosa non-enzimatik. Banyak peneliti mengukur spesimen dengan pengukuran CV dan amperometri dalam larutan NaOH 0,1 M karena mereka membandingkan hasilnya dengan kondisi yang sama dengan mudah [8,9,10,11,12]. Gambar 3 menunjukkan sifat CV dan amperometri film -NiS. Mengenai luas elektroda kerja adalah 0,2 × 0,5 cm
2
untuk mendeteksi glukosa pada permukaan film nanosfer -NiS di semua percobaan. Reaksi oksidasi-reduksi (redoks) dari film -NiS diperkirakan dengan menggunakan metode CV dengan elektroda referensi Ag/AgCl dengan potensiostat. Karakteristik CV film -NiS dipindai antara 0 dan 0,8 V selama 1 siklus dengan potensiostat. Spesimen diukur dalam konfigurasi tiga elektroda dengan kecepatan pemindaian 20 mVs
−1
. Mengenai konsentrasi NaOH, kami memilih 0,1 M untuk larutan karena kami melihat rumus berikut (1) bahwa semakin banyak OH
−
anion yang kami miliki, semakin banyak e
−
anion dalam larutan [8].
a Tiga CV dalam gambar:kurva merah menunjukkan CV telanjang ITO; kurva oranye dan hijau adalah CV film -NiS pada suhu anil yang berbeda (300 dan 500 °C). Inset:CV dari ITO/kaca telanjang. b CV nano-NiS/ITO dalam NaOH 0,1 M dengan konsentrasi glukosa yang berbeda:(α) 0 μM, (β) 2 μM, (γ) 7 μM, (δ) 10 μM, (ε) 15 μM, (ζ) 20 μM, (η) 30 M, dan (θ) 35 μM. Inset:kiri atas—plot arus puncak oksidasi terhadap konsentrasi glukosa; bawah—CV film Ni dan film nanosheet Ni. c Film nanosfer -NiS dinilai dengan amperometri dalam NaOH 0,1 M dengan konsentrasi glukosa yang berbeda:(α) 1 μM, (β) 2 μM, (γ) 7 μM, (δ) 10 μM, (ε) 15 μM, (ζ) 20 μM, (η) 22 μM, (θ) 25 M, (ι) 30 μM, dan (κ) 35 M. Inset:kiri atas—plot respons saat ini terhadap konsentrasi glukosa; bawah—respons kronoamperometrik NiS/ITO dalam NaOH 0,1 M dengan glukosa 2 M dan dengan adanya 2 M dopamin, asam urat, dan asam laktat pada potensi terapan 0,6 V DC. d Plot Nyquist dari film nanosheet nikel, film nanosphere -NiS, dan film -NiS pada suhu anil yang berbeda (300 dan 500 °C) dalam 0,1 M KCl yang mengandung 1,5 mM Fe(CN)6
3−/4−
. e CV nano-NiS/ITO di Krebs dengan konsentrasi glukosa yang berbeda:(α) 0 μM dan (β) 20 μM. Inset:kiri atas—CV dari ITO/kaca telanjang. f Film nanosfer -NiS dinilai dengan amperometri dalam buffer Krebs dengan konsentrasi glukosa yang berbeda:(α) 0 μM, (β) 10 μM, (γ) 20 μM, (δ) 30 μM, dan (ε) 40 μM. Inset:top—plot respons saat ini terhadap konsentrasi glukosa
Menurut rumus di atas (1), kami menganggap bahwa semakin banyak e
−
anion yang kami miliki dalam larutan, nilai arus yang lebih besar ditunjukkan dalam potensiostat. Ada tiga kurva pada Gambar. 3a. Kurva CV merah dari ITO telanjang ditunjukkan pada sisipan Gambar 3a. Kurva CV berwarna jingga dan hijau merupakan reaksi redoks dari film -NiS pada temperatur annealing yang berbeda (300 dan 500 °C). Kami mengamati bahwa kurva CV tidak memiliki potensial reduksi negatif pada Gambar. 3a. Kami juga menemukan bahwa dua film -NiS tidak memiliki respons saat ini terhadap konsentrasi glukosa yang berbeda. Seperti terlihat pada Gambar. 3b, ini menunjukkan bahwa film nanosfer -NiS dinilai dengan pengukuran CV dalam larutan NaOH 0,1 M dengan konsentrasi glukosa yang berbeda (2, 7, 10, 15, 20, 30, dan 35 μM) pada kecepatan pemindaian 20 mV
−1
. Jelas, kami melihat potensi redoks dari film nanosfer -NiS pada Gambar. 3b. Kurva redoks serupa dari film nano-NiS ditemukan di kertas lain [8]. Peneliti (Padmanathan et al. 2015) melaporkan bahwa penjelasan mekanisme reaksi adalah dua persamaan redoks. (2) dan (3) tentang penginderaan glukosa film nano-NiS. Kedua persamaan ditunjukkan di bawah [8]:
Seperti terlihat pada Gambar. 3b, nilai arus puncak oksidasi yang berbeda jelas berubah pada 0,6 V. Kami mengamati bahwa garis putus-putus memiliki hubungan linier tentang respons arus yang berbeda dari puncak oksidasi terhadap konsentrasi glukosa yang berbeda di inset (kiri) dari Gambar. 3b. Kurva CV untuk film nanosheet nikel dan film nikel juga ditunjukkan pada inset (bawah) dari Gambar 3b. Respon kurva CV saat ini untuk film nanosheet nikel lebih besar dari film Ni dari 0 hingga 0,8 V pada inset (bawah) dari Gambar. 3b. Kami menganggap bahwa kami menggunakan film nanosheet nikel untuk prekursor dalam proses sintesis film nanosfer -NiS, dan kami memiliki lebih banyak peluang untuk mendapatkan respons arus yang lebih besar di kurva CV. Gambar 3c menunjukkan bahwa respons berbeda saat ini dari film nanosfer -NiS adalah untuk mendeteksi glukosa pada konsentrasi yang berbeda (1, 2, 7, 10, 15, 20, 22, 25, 30, dan 35 μM) dengan amperometri. Kami mengamati respon arus yang berbeda dari konsentrasi glukosa dari 1 hingga 35 M dengan hubungan linier yang memiliki koefisien korelasi 0,99 pada inset (kiri) dari Gambar 3c. Hal itu dijelaskan oleh:
Nilai sensitivitas diperkirakan sebesar 8,4 μA μM
−1
cm
−2
untuk Persamaan. (4). Respon kronoamperometrik film nanosfer -NiS dalam NaOH 0,1 M dengan glukosa 2 M dan dopamin 2 M, asam urat 2 M, dan asam laktat 2 M pada potensi terapan 0,6 V DC ditunjukkan pada inset (bawah) Gambar . 3c. Kami menunjukkan bahwa film nanosphere -NiS kami adalah sensor glukosa non-enzimatik dalam NaOH 0,1 M dengan kemampuan anti-interferensi terhadap dopamin, asam urat, dan asam laktat.
Mengenai hasil elektrokimia pada film nanosfer -NiS, kami menganggap bahwa hanya spesimen 400 °C yang menunjukkan banyak nanopartikel kecil dan struktur berpori pada permukaan film nanosfer -NiS pada Gambar 2c. Nanopartikel yang lebih kecil dan struktur berpori diendapkan pada permukaan film nanosfer -NiS, sehingga film nanosfer memberikan luas permukaan yang lebih besar dan respons yang lebih tinggi dalam deteksi elektrokimia. Kami mengamati bahwa spesimen dianil pada 400 °C selama 4 jam dengan respons saat ini pada konsentrasi glukosa rendah. Spesimen hanya 400 °C yang memiliki respons glukosa yang baik karena banyaknya nanopartikel kecil dan struktur berpori pada permukaan film nanosfer -NiS.
Gambar 3d menunjukkan bahwa elektrokimia impedansi spektroskopi (EIS) film -NiS mendeteksi dalam larutan 0,1 M KCl (mengandung 1,5 mM Fe(CN)6
3−/4−
). Kami mengamati bahwa Warburg (W ) impedansi film nanosphere -NiS lebih besar dari dua film -NiS lainnya. Elemen model EIS dari film nanosphere -NiS adalah Rs = 133 Ω, Rct = 42.1 Ω, Cd = 22.1 μF, dan W = 11,7 kΩ. Impedansi elektrokimia film nanosheet Ni juga ditunjukkan pada Gambar 3d, dan memiliki nilai impedansi yang lebih rendah dalam pola ini. Kami juga menghitung nilai sensor glukosa non-enzimatik kami untuk stabilitas, standar deviasi (SD) stabilitas, dan dapat digunakan kembali (lihat Tabel 1). Dari nilai SD stabilitas pada Tabel 1, kami mengamati bahwa nilai stabilitas rata-rata (0,011 mA/menit) pengukuran 14 kali lebih besar dari nilai stabilitas rata-rata (0,006 mA/menit) pengukuran 13 kali. Kami percaya bahwa nilai numerik dari penggunaan kembali adalah sekitar 13 (SD ≤ 0,002 mA/mnt).
Setelah menyelesaikan pengukuran perilaku elektrokimia spesimen NiS dalam NaOH 0,1 M, kami juga mensurvei banyak makalah untuk mengetahui kondisi fisiologisnya. Para peneliti tersebut menggunakan larutan yang berbeda seperti phosphate-buffered saline (PBS), buffer pengikat annexin V, larutan aECF, dan buffer Krebs untuk aplikasi kultur sel [17,18,19,20,21]. Beberapa peneliti memilih buffer Krebs untuk buffer kultur sel pada konsentrasi glukosa rendah [20, 21]. Rentang linier film nanosphere -NiS kami untuk mendeteksi pengudusan glukosa rendah adalah dari 1 hingga 35 μM dalam NaOH 0,1 M, sehingga memiliki arti praktis bagi kami bahwa menggunakan sensor kami untuk mendeteksi pengudusan glukosa rendah dalam buffer Krebs untuk kondisi fisiologis . Film nanosphere -NiS digunakan untuk mendeteksi glukosa pada konsentrasi yang berbeda dalam buffer Krebs. Kami menggunakan film nanosfer -NiS untuk mendeteksi konsentrasi glukosa yang berbeda (0 dan 20 μM) dengan voltamogram siklik (CV) dalam buffer Krebs (115 mM NaCl, 2 mM KCl, 25 mM NaHCO3 , 1 mM MgCl2 , 2 mM CaCl2 , 0,25% albumin serum sapi [pH 7,4]; diseimbangkan dengan 5% CO2 , disesuaikan dengan pH 7,4 dengan 0,01 M NaOH) [20]. Seperti yang terlihat pada sisipan Gbr. 3e, ini menunjukkan kurva CV latar belakang ITO telanjang. Gambar 3e juga menunjukkan kurva CV elektroda NiS/ITO dalam buffer Krebs yang mengandung glukosa 0 dan 20 μM. Kami mengamati kurva CV dengan respons arus yang berbeda di dekat 0,6 V dengan jelas. Seperti terlihat pada Gambar. 3f, film nanosfer -NiS dinilai dengan amperometri dalam buffer Krebs (disesuaikan dengan pH 7,4 dengan NaOH 0,01 M) untuk mendeteksi konsentrasi glukosa yang berbeda:(α) 0 μM, (β) 10 μM, (γ ) 20 μM, (δ) 30 M, dan (ε) 40 M. Gambar inset menunjukkan plot arus puncak oksidasi terhadap konsentrasi glukosa. Kurva respons amperometrik ditunjukkan pada inset (atas) Gambar 3f yang menunjukkan hubungan linier dengan koefisien korelasi 0,99. Itu dijelaskan oleh I[μAcm
−2
] = 0,0004[glukosa]μM + 0.0638.
Gambar 4 menunjukkan serapan UV/Visible/NIR dan spektrum fluoresensi. Kami merekam penyerapan UV/Visible/NIR dari film -NiS dalam kisaran spektral 300–800 nm (Gbr. 4a–c) untuk suhu anil yang berbeda (300, 400, dan 500 °C). Untuk menentukan celah energi (Eg ) dari nanospheres, ketergantungan berikut dari koefisien penyerapan (α ) pada persamaan energi foton digunakan [22]:
dimana Eg adalah celah energi, A adalah konstanta yang memiliki nilai terpisah untuk transisi yang berbeda, hν adalah energi foton, dan m adalah eksponen yang mengasumsikan nilai 1/2, 3/2, 2, dan 3 yang saling terkait dengan sifat transisi elektronik. Itu bertanggung jawab untuk absorbansi. Itu menunjukkan (αhν )
2
melawan hν plot di inset Gambar. 4a–c. Ketika m = 1/2, spektrum serapan film -NiS ini memungkinkan nilai yang tepat untuk transisi langsung. Seperti yang terlihat pada inset Gambar. 4a–c, kami memperkirakan tiga celah energi (Eg ) nilai (1,08, 1,8, dan 0,66 eV) dari film -NiS. Kami menggunakan garis putus-putus agar sesuai dengan kurva dari 0,6 hingga 2,8 eV di sisipan Gambar 4a–c. Seperti yang terlihat pada inset Gambar. 4a–c, kami juga mengamati bahwa celah energi tertinggi (Eg ) dari film nanosfer -NiS sekitar 1,8 eV pada suhu anil 400 °C. Penelitian ini juga menggunakan peralatan fluoresensi untuk menyelidiki sifat optik dari spesimen. Peneliti sebelumnya berfokus pada spektrum fluoresensi partikel -NiS yang dipengaruhi oleh fase, bentuk, struktur, dan rasio permukaan/volume yang berbeda [23]. Seperti yang terlihat pada Gambar. 4d, kami mengamati spektrum fluoresensi film -NiS yang memiliki emisi ultraviolet pada suhu anil yang berbeda (300, 400, dan 500 °C). Spektrum PL dari spesimen menunjukkan puncak emisi yang tajam pada 448 nm dan puncak emisi pada 369 nm (bersemangat pada λmantan = 277 nm) [23, 24]. Menurut hasil pada sifat optik film -NiS kami, kami menganggap bahwa suhu anil yang berbeda memiliki peluang untuk mendapatkan ukuran butir yang berbeda pada film NiS. Mengenai nanopartikel yang menunjukkan kurungan kuantum, peningkatan ukuran nanopartikel mempengaruhi penurunan celah pita dengan suhu dari 400 menjadi 500 °C [25]. Sifat optik NiS berubah dengan ukuran butir yang berbeda, sehingga sifat optik NiS berubah secara signifikan dengan suhu yang berbeda [25]. Sifat optik film NiS yang bervariasi secara signifikan dengan suhu yang berbeda seharusnya disebabkan oleh efek ukuran yang ditunjukkan, penurunan ukuran partikel yang dipengaruhi pada celah pita.
Spektrum serapan UV/Visible/NIR dan (αhν )
2
versus hν plot di sisipan gambar untuk mensintesis film -NiS di a 300, b 400, dan c 500 °C. d Spektrum fluoresensi film -NiS dibuat pada suhu anil yang berbeda (300, 400, dan 500 °C selama 4 jam)
Kami mempertimbangkan untuk memfokuskan analisis HR-TEM pada film nanosfer -NiS karena kami mendapatkan banyak nanosfer -NiS untuk sensor glukosa non-enzimatik pada suhu anil 400 °C. Seperti yang terlihat pada Gambar. 5, kami mengamati bahwa nanosfer -NiS dianil pada 400 °C selama 4 jam. Informasi tentang struktur mikro nanosfer -NiS yang disiapkan diperoleh dengan HR-TEM. Gambar 5a, b mengungkapkan gambar HR-TEM dari nanospheres. Diameter nanosfer adalah dari 150 hingga 250 nm. Gambar 5c Gambar HR-TEM juga menunjukkan pinggiran kisi yang jelas dengan jarak antar ruang 0,7786 nm yang sesuai dengan jarak antara dua bidang (101) yang berdekatan dari nanosfer -NiS. Gambar 5d menunjukkan pola SAED dari nanosfer, dan bintik-bintik cincin difraksi diindeks ke (101) dari struktur nano -NiS.
a –c Gambar HR-TEM dari -NiS nanosphere. d Pola SAED dari -NiS nanosphere dianil pada 400 °C selama 4 jam
Kesimpulan
Singkatnya, film nanosfer -NiS diselidiki dengan menggunakan peralatan XRD, VVSEM, FE-SEM, EDS, EIS, UV, PL, dan HR-TEM. Kami mengamati bahwa film nanosfer -NiS dibentuk dengan mengontrol suhu anil pada 400 °C selama 4 jam dalam ampul kaca yang disegel vakum. Kesenjangan energi (Eg ) dari film nanosfer -NiS sekitar 1,8 eV. Setelah melestarikan film nanosfer -NiS kami di laboratorium kami selama lima setengah tahun, kami mengamati bahwa film nanosfer -NiS masih memiliki respons saat ini pada konsentrasi glukosa yang berbeda dengan pengukuran CV dan amperometri dalam larutan yang berbeda (0,1 M NaOH dan Krebs penyangga). Rentang linier pendeteksian glukosa adalah dari 1 hingga 35 μM dalam NaOH 0,1 M. For a physiological condition, the linear range of detecting glucose was approximately from 0 to 40 μM in Krebs buffer.
