基于碳化宣纸@Ti3C2Tx-CoO@氮掺杂碳层状结构的可穿戴汗液乳酸传感器研究

本文推荐一种通过逐层组装Ti3C2Tx（MXene）和ZIF-67微立方体制备的柔性碳化宣纸电极（CRP@(TCN)2），其插层结构为无酶汗液乳酸检测提供了3.2μM检测限和10-360μM线性范围。该工作通过金属有机框架（MOF）与MXene的规模化组装策略，为可穿戴电化学传感提供了高性能纸基电极新范式。

　　

Highlight

碳化宣纸@Ti₃C₂T_x-CoO纳米颗粒@氮掺杂碳@Ti₃C₂T_x-CoO纳米颗粒@氮掺杂碳（CRP@(TCN)₂）的插层结构设计，在可穿戴无酶电化学汗液乳酸检测中展现出三大优势：1）密集的CoO纳米颗粒提供丰富催化活性位点；2）ZIF-67衍生的氮掺杂碳（N-doped carbon）既稳定CoO纳米颗粒防止团聚，又促进电荷转移增强电信号；3）Ti₃C₂T_x层作为导电桥梁连接基底与传感层。

Morphological and structural characteristics

如Scheme 1所示，CRP@(TCN)₂的制备分为三步：I）酸性蚀刻Ti₃AlC₂获得少层Ti₃C₂T_x纳米片；II）CTAB诱导下Co²⁺与2-甲基咪唑（2-MI）配位形成ZIF-67微立方体；III）在宣纸表面逐层组装Ti₃C₂T_x与ZIF-67后碳化。扫描电镜显示ZIF-67微立方体均匀分布在Ti₃C₂T_x夹层中，X射线光电子能谱证实CoO纳米颗粒与吡啶氮的协同作用。

Conclusion

该研究通过MOF（ZIF-67）与MXene（Ti₃C₂T_x）的规模化逐层组装，构建了具有插层结构的柔性纸基电极。其卓越性能（检测限达3.2μM）源于：1）CoO催化中心的高密度暴露；2）氮掺杂碳网络对纳米颗粒的锚定作用；3）Ti₃C₂T_x的快速电子传输。原型传感器验证了其在实时运动代谢监测中的应用潜力。