In this work, a novel enzyme-free glucose and hydrogen peroxide (H2O2) sensor based on Ni3N nanoparticles on conductive 3D graphene aerogels (Ni3N/GA) has been successfully synthesized by using hydrothermal reaction, freeze-dried and then calcined under NH3 atmosphere. The obtained Ni3N/GA composites were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), nitrogen adsorption-desorption isotherms and electrochemical methods. The results show the obtained 3D Ni3N/GA composites exhibit excellent electrochemical performance toward glucose oxidation and H2O2 reduction with larger catalytic rate constant Kcat value of 3.75 × 103 M-1 s -1 and 1.24 × 103 M-1 s -1, respectively. As a glucose sensor, the obtained electrode provides a wide detection range of 0.1-7645.3 μM, fast response time within 3 s, high sensitivity of 905.6 μA mM-1 cm-2 and low detection limit of 0.04 μM. For detection of H2O2, this prepared sensor offers a wide detection range (5 μM-75.13 mM), fast response time (within 5 s), sensitivity (101.9 μA mM-1 cm-2) and low detection limit (1.80 μM). This enzyme-free glucose and H2O2 sensor display satisfactory selectivity, reproducibility and long-term storage stability. Additionally, the sensor can also be used for glucose and H2O2 detection in human blood serum. The results demonstrate that 3D GA nanostructures provide an enviable conductive network for efficient charge transfer and avoid Ni3N nanoparticles aggregation, which is advantageous for electrocatalytic applications.

中文翻译：

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基于装饰有Ni 3 N纳米颗粒的3D石墨烯气凝胶的新型无酶葡萄糖和H 2 O 2 传感器

在这项工作中，通过使用水热反应，冷冻干燥，然后在 NH3 气氛下煅烧，成功合成了一种基于导电 3D 石墨烯气凝胶（Ni3N/GA）上的 Ni3N 纳米颗粒的新型无酶葡萄糖和过氧化氢（H2O2）传感器。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、氮吸附-解吸等温线和电化学方法对所得Ni3N/GA复合材料进行表征。结果表明，所得3D Ni3N/GA复合材料对葡萄糖氧化和H2O2还原表现出优异的电化学性能，催化速率常数Kcat值分别为3.75×103 M-1 s -1 和1.24×103 M-1 s -1 。作为葡萄糖传感器，所得电极具有0.1-7645.3 μM的宽检测范围、3 s内的快速响应时间、905.6 μA mM-1 cm-2的高灵敏度和0.04 μM的低检测限。对于 H2O2 的检测，这种制备的传感器具有宽检测范围 (5 μM-75.13 mM)、快速响应时间（5 秒内）、灵敏度 (101.9 μA mM-1 cm-2) 和低检测限 (1.80 μM)。这种不含酶的葡萄糖和 H2O2 传感器显示出令人满意的选择性、重现性和长期储存稳定性。此外，该传感器还可用于人血清中葡萄糖和H2O2的检测。结果表明，3D GA 纳米结构为有效的电荷转移提供了令人羡慕的导电网络，并避免了 Ni3N 纳米颗粒的聚集，这有利于电催化应用。905.6 μA mM-1 cm-2 的高灵敏度和 0.04 μM 的低检测限。对于 H2O2 的检测，这种制备的传感器具有宽检测范围 (5 μM-75.13 mM)、快速响应时间（5 秒内）、灵敏度 (101.9 μA mM-1 cm-2) 和低检测限 (1.80 μM)。这种不含酶的葡萄糖和 H2O2 传感器显示出令人满意的选择性、重现性和长期储存稳定性。此外，该传感器还可用于人血清中葡萄糖和H2O2的检测。结果表明，3D GA 纳米结构为有效的电荷转移提供了令人羡慕的导电网络，并避免了 Ni3N 纳米颗粒的聚集，这有利于电催化应用。905.6 μA mM-1 cm-2 的高灵敏度和 0.04 μM 的低检测限。对于 H2O2 的检测，这种制备的传感器具有宽检测范围 (5 μM-75.13 mM)、快速响应时间（5 秒内）、灵敏度 (101.9 μA mM-1 cm-2) 和低检测限 (1.80 μM)。这种不含酶的葡萄糖和 H2O2 传感器显示出令人满意的选择性、重现性和长期储存稳定性。此外，该传感器还可用于人血清中葡萄糖和H2O2的检测。结果表明，3D GA 纳米结构为有效的电荷转移提供了令人羡慕的导电网络，并避免了 Ni3N 纳米颗粒的聚集，这有利于电催化应用。这种制备的传感器具有宽检测范围 (5 μM-75.13 mM)、快速响应时间（5 秒内）、灵敏度 (101.9 μA mM-1 cm-2) 和低检测限 (1.80 μM)。这种不含酶的葡萄糖和 H2O2 传感器显示出令人满意的选择性、重现性和长期储存稳定性。此外，该传感器还可用于人血清中葡萄糖和H2O2的检测。结果表明，3D GA 纳米结构为有效的电荷转移提供了令人羡慕的导电网络，并避免了 Ni3N 纳米颗粒的聚集，这有利于电催化应用。这种制备的传感器具有宽检测范围 (5 μM-75.13 mM)、快速响应时间（5 秒内）、灵敏度 (101.9 μA mM-1 cm-2) 和低检测限 (1.80 μM)。这种不含酶的葡萄糖和 H2O2 传感器显示出令人满意的选择性、重现性和长期储存稳定性。此外，该传感器还可用于人血清中葡萄糖和H2O2的检测。结果表明，3D GA 纳米结构为有效的电荷转移提供了令人羡慕的导电网络，并避免了 Ni3N 纳米颗粒的聚集，这有利于电催化应用。该传感器还可用于人血清中葡萄糖和H2O2的检测。结果表明，3D GA 纳米结构为有效的电荷转移提供了令人羡慕的导电网络，并避免了 Ni3N 纳米颗粒的聚集，这有利于电催化应用。该传感器还可用于人血清中葡萄糖和H2O2的检测。结果表明，3D GA 纳米结构为有效的电荷转移提供了令人羡慕的导电网络，并避免了 Ni3N 纳米颗粒的聚集，这有利于电催化应用。