组成图示
点击图片查看大图 · 依据论文自动绘制
传感器类型
电化学生物传感器
检测对象
乙醇（ethanol, EtOH）；样品基质：0.5 M KOH水溶液、红酒（稀释后）、啤酒/葡萄酒等酒精饮料
检测原理
在0.5 M KOH碱性介质中，CNT–Ni工作电极表面的Ni被氧化形成Ni(OH)2/NiOOH氧化还原对。乙醇在0.5 V工作电位下与β-NiOOH发生电催化氧化，NiOOH被还原为Ni(OH)2，乙醇经乙醛进一步氧化为羧酸类产物，反应释放的电子经Ni纳米颗粒和垂直MWCNT阵列快速传递至电极，产生稳态安培电流。电流增量与乙醇浓度在50–600 μM范围内呈线性关系。CNT阵列提供高比表面积和电子传输通道，Ni纳米颗粒增加电催化活性面积；Ni厚度≤200 nm时灵敏度随厚度增加，200 nm时达14.81 μA μM−1 cm−2，响应时间<10 s。
检测灵敏度
线性范围: 50–600 μM；灵敏度: 14.81 μA μM−1 cm−2；响应时间: <10 s
效应效果
传感器在0.5 M KOH、0.5 V下对乙醇选择性较好：50 μM干扰物中乳酸、抗坏血酸、柠檬酸、苹果酸、乙酸及甲醇、丙醇、丁醇响应均低于乙醇，除乳酸外基本可忽略；300 μM乙醇测定中乳酸、抗坏血酸、柠檬酸、苹果酸、乙酸和其他醇的相对误差分别为50.1%、≤22.2%、~8.6%、0%、0%和~23.7%。乙醇RSD<5.16%。20天连续测量后仍保持>90%初始响应，日间灵敏度变化~5%；6个电极测定啤酒/葡萄酒相对误差<6%。红酒加标50和100 μM测得49.4±2.6、99.8±5.6 μM。灵敏度较纳米结构Ni/Pt/Ti电极高约380%，适用于医学、发酵和食品乙醇检测。
传感器的构成
- 基底：SiO2/Si衬底，提供机械支撑与界面基础
- 金属界面层：Cr/Ti/Co（100/40/8 nm）电子束蒸发层，用于CNT生长并改善CNT与Si界面粘附、降低接触电阻
- 碳纳米管阵列：MH-CVD直接生长的阵列化多壁碳纳米管(MWCNTs)，平均长度约10 μm，提供高比表面积和电子传输通道
- 镍纳米颗粒层：电子束沉积Ni（60–240 nm，最佳200 nm），形成分散于CNT侧壁的Ni纳米晶，作为乙醇电催化活性位点
- 催化识别层：Ni(OH)2/NiOOH氧化还原对，在碱性介质中催化乙醇氧化，无生物识别元件
- 电化学检测系统：CNT–Ni工作电极（0.16 cm²）、Pt对电极、Ag/AgCl参比电极，在0.5 M KOH中0.5 V安培检测
中文摘要
本文报道了一种基于碳纳米管(CNT)–镍(Ni)纳米颗粒杂化阵列的新型安培式乙醇传感器。传感器通过在直接生长于硅(Si)基底上的阵列化多壁碳纳米管(MWCNT)表面电子束沉积薄镍膜制备。当镍膜厚度不超过200 nm时，高分辨扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)显示晶态镍纳米颗粒分散良好、附着牢固并均匀覆盖在CNT侧壁；传感器灵敏度随镍厚度增加而提高。最佳传感器在0.5 M KOH中于0.5 V工作电位下对乙醇具有50–600 μM宽响应范围，响应时间小于10 s，灵敏度达14.81 μA μM−1 cm−2，较纳米结构Ni/Pt/Ti电极提高约380%。该结构利用CNT高比表面积和电子传输能力以及Ni(OH)2/NiOOH氧化还原对电催化乙醇氧化，为乙醇检测提供简单、高效、稳定的电化学传感方案。
英文摘要
A novel amperometric biosensor utilizing carbon nanotube (CNT)-Ni nanoparticle hybrid arrays for ethanol detection has been developed. The sensor was fabricated by e-beam deposition of thin Ni film on arrayed multi-walled carbon nanotubes grown directly on Si substrate. As the Ni film thickness is ≤ 200nm, high-resolution SEM and TEM images showed well-dispersed and strongly adhered crystalline Ni nanoparticles uniformly populated on the sidewalls of CNTs, and the sensitivity of the resultant CNT-Ni sensor generally increased with increasing nickel thickness. The best sensor showed a wide response range of 50-600 μM, a response time of <10s, and a sensitivity of 14.81 μA μM(-1)cm(-2) which is ∼380% higher in comparison with the nanostructured Ni/Pt/Ti electrodes.