广西大学《Applied Surface Science》：钛基层状氧化物的电子结构优化，用于提高柔性传感性能

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第一作者：王丽伟 欧文超

通讯作者：王西阳 余克服 

通讯单位：广西大学 滑铁卢大学

论文DOI：10.1016/j.apsusc.2023.156702

成果简介

柔性化学传感器在实时健康监测、物联网和机器人方面引起了极大的兴趣。其中，钛基层状氧化物（TLO）具有较高的成分可调性、成本低、对环境友好、催化稳定性高、电压窗口范围大等特点，可作为潜在的高性能传感器材料。然而导电性和吸附能力较差的缺点限制了其实际应用。本文，广西大学王丽伟副教授课题组在《Applied Surface Science》期刊上发表名为“Electronic structure optimization of titanium-based layered oxide to boost flexible sensing performance”的论文，利用双阴离子掺杂策略有效地优化了Na₂Ti₃O₇（NTO）的电子结构，并将其用作电化学传感平台实现高效检测人体体液多巴胺。

S和N双阴离子掺杂技术可以降低Na₂Ti₃O₇（NTO）层间钠离子的电子密度，增强Ti 3d-O 2p键的杂化，并优化费米能级附近的p-blocking中心，从而降低了NTO的带隙，有利于S, N-Na₂Ti₃O₇（S, N-NTO）的电子转移和吸附能力。因此，S, N-NTO显示出良好的神经递质多巴胺（DA）的选择性、较宽的检测范围、极低的检测限和超快的电化学响应。此外，对实际样品的检测和可穿戴柔性电化学生物传感器的性能均得到验证。

图文导读

图1. S, N-NTO的合成过程示意图 

图2. (a-c) SiO₂球、Ti(OH)_x@SiO₂前驱体和S, N-NTO的FESEM图像；(d-e) S, N-NTO的HRTEM、(f) SAED图和(g) EDS元素图

图3. NTO、S-NTO和S，N-NTO的XPS光谱，XANES光谱，O 2p和Ti 3d的TDOS和PDOS。 

图4. S, N-NTO和S-NTO的STXM图，NTO、S-NTO和S, N-NTO的XANES光谱和EXAFS光谱。

图5. 修饰电极的电化学表征、传感器的结构示意图以及实际样本检测 

图6. 传感器的稳定性、重现性以及实际样本检测的可靠性分析

总结与展望

综上，我们设计了一种S、N双阴离子掺杂来优化TLO电子结构的高效策略，从而实现对DA的高灵敏电化学检测。此外，基于S, N-NTO所制备的柔性便携式微传感器能够快速、原位识别人工汗液和人类血清中的DA，并显示出良好的机械稳定性和耐久性。这项研究为开发实用的可穿戴医疗测试设备提供了一个重要的新视角，同时也突出了双阴离子掺杂在优化TLO电子结构中的重要作用。

文献链接：

https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2023.156702

L. Wang, W. Ou, H. Liu, S. Wang, Z. Xia, X. Wang, K. Yu, Electronic structure optimization of titanium-based layered oxide to boost flexible sensing performance, Applied Surface Science (2023).

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