Synthesis of hollow Prussian blue cubes as an electrocatalyst for the reduction of hydrogen peroxide

Abstract

A cubic Prussian blue (PB) with the hollow interior was successfully synthesized by direct dissociation followed by a controlled self-etching process. The etching process also made hollow Prussian blue (HPB) a porous structure. SEM, TEM and XRD were employed to confirm the structure and morphology of the prepared materials. Then HPB and chitosan (CS) were deposited on a glassy carbon electrode (GCE), used to determine H₂O₂. The amperometric performance of HPB/CS/GCE was investigated. It was found that the special structure of HPB exhibits enhanced performance in the H₂O₂ sensing.

Keywords

Prussian blue / hollow structure / hydrogen peroxide / sensor / non-enzyme / electrocatalyst

References

[1] Luo X L, Xu J J, Zhao W, . A novel glucose ENFET based on the special reactivity of MnO₂ nanoparticles. Biosensors & Bioelectronics, 2004, 19(10): 1295–1300

[2] Cui X, Liu G, Lin Y. Biosensors based on carbon nanotubes/nickel hexacyanoferrate/glucose oxidase nanocomposites. Journal of Biomedical Nanotechnology, 2005, 1(3): 320–327

[3] Lian W P, Wang L, Song Y H, . A hydrogen peroxide sensor based on electrochemically roughened silver electrodes. Electrochimica Acta, 2009, 54(18): 4334–4339

[4] Wang Q M, Niu H L, Mao C J, . Facile synthesis of trilaminar core–shell Ag@C@Ag nanospheres and their application for H₂O₂ detection. Electrochimica Acta, 2014, 127: 349–354

[5] Shu X, Chen Y, Yuan H, . H₂O₂ sensor based on the room-temperature phosphorescence of nano TiO₂/SiO₂ composite. Analytical Chemistry, 2007, 79(10): 3695–3702160;

[6] Krishnan V, Xidis A L, Neff V D. Prussian blue solid-state films and membranes as potassium ion-selective electrodes. Analytica Chimica Acta, 1990, 239: 7–12 

[7] Kulesza P J, Miecznikowski K, Malik M A, . Electrochemical preparation and characterization of hybrid films composed of Prussian blue type metal hexacyanoferrate and conducting polymer. Electrochimica Acta, 2001, 46(26–27): 4065–4073

[8] Itaya K, Shoji N, Uchida I. Catalysis of the reduction of molecular oxygen to water at prussian blue modified electrodes. Journal of the American Chemical Society, 1984, 106(12): 3423–3429

[9] Chen W, Cai S, Ren Q Q, . Recent advances in electrochemical sensing for hydrogen peroxide: a review. Analyst, 2012, 137(1): 49–58

[10] Pandey P C, Pandey A K, Chauhan D S. Nanocomposite of Prussian blue based sensor for l-cysteine: Synergetic effect of nanostructured gold and palladium on electrocatalysis. Electrochimica Acta, 2012, 74: 23–31

[11] Karyakin A A, Puganova E A, Budashov I A, . Prussian blue based nanoelectrode arrays for H₂O₂ detection. Analytical Chemistry, 2004, 76(2): 474–478

[12] O’Halloran M P, Pravda M, Guilbault G G. Prussian Blue bulk modified screen-printed electrodes for H₂O₂ detection and for biosensors. Talanta, 2001, 55(3): 605–611

[13] Zhu X, Niu X, Zhao H, . Doping ionic liquid into Prussian blue-multiwalled carbon nanotubes modified screen-printed electrode to enhance the nonenzymatic H₂O₂ sensing performance. Sensors and Actuators B: Chemical, 2014, 195(5): 274–280

[14] Karyakin A A, Gitelmacher V O, Karyakina E E. A high-sensitive glucose amperometric biosensor based on Prussian blue modified electrodes. Analytical Letters, 1994, 27(15): 2861–2869

[15] Jin E, Lu X, Cui L, . Fabrication of graphene/prussian blue composite nanosheets and their electrocatalytic reduction of H₂O₂. Electrochimica Acta, 2010, 55(24): 7230–7234

[16] Zhang W, Wang L, Zhang N, . Functionalization of single-walled carbon nanotubes with cubic prussian blue and its application for amperometric sensing. Electroanalysis, 2009, 21(21): 2325–2330

[17] Ameloot R, Vermoortele F, Vanhove W, . Interfacial synthesis of hollow metal-organic framework capsules demonstrating selective permeability. Nature Chemistry, 2011, 3(5): 382–387

[18] Liang G, Xu J, Wang X. Synthesis and characterization of organometallic coordination polymer nanoshells of Prussian blue using miniemulsion periphery polymerization (MEPP). Journal of the American Chemical Society, 2009, 131(15): 5378–5379

[19] Wei C, Cheng C, Zhao J, . NiS hollow spheres for high-performance supercapacitors and non-enzymatic glucose sensors. Chemistry — An Asian Journal, 2015, 10(3): 679–686

[20] Meek S T, Greathouse J A, Allendorf M D. Metal-organic frameworks: a rapidly growing class of versatile nanoporous materials. Advanced Materials, 2011, 23(2): 249–267

[21] Yang J, Cho M, Lee Y. Synthesis of hierarchical NiCo₂O₄ hollow nanorods via sacrificial-template accelerate hydrolysis for electrochemical glucose oxidation. Biosensors & Bioelectronics, 2016, 75: 15–22

[22] Chen D L, Cao Y, Chen Y, . Rapid synthesis of hollow  Ni(OH)₂ with low-crystallinity for the electrochemical detection of ascorbic acid with high sensitivity. RSC Advances, 2016, 6(49): 43598–43604

[23] Yang Y, Du J J, Luo L M, . Facile aqueous-phase synthesis and electrochemical properties of novel PtPd hollow nanocatalysts. Electrochimica Acta, 2016, 212: 966–972

[24] Zhang L, Wu H B, Lou X W. Metal-organic-frameworks-derived general formation of hollow structures with high complexity. Journal of the American Chemical Society, 2013, 135(29): 10664–10672

[25] Tang X, Liu Y, Hou H, . Electrochemical determination of L-Tryptophan, L-Tyrosine and L-Cysteine using electrospun carbon nanofibers modified electrode. Talanta, 2010, 80(5): 2182–2186

[26] Zhang J, Li J, Yang F, . Preparation of Prussian blue@Pt nanoparticles/carbon nanotubes composite material for efficient determination of H₂O₂. Sensors and Actuators B: Chemical, 2009, 143(1): 373–380

[27] Wang Y T, Yu L, Zhu Z Q, . Improved enzyme immobilization for enhanced bioelectrocatalytic activity of glucose sensor. Sensors and Actuators B: Chemical, 2009, 136(2): 332–337

[28] Shen Q, Jiang J, Fan M, . Prussian blue hollow nanostructures: Sacrificial template synthesis and application in hydrogen peroxide sensing. Journal of Electroanalytical Chemistry, 2014, 712(2): 132–138

[29] Keihan A H, Sajjadi S. Improvement of the electrochemical and electrocatalytic behavior of Prussian blue/carbon nanotubes composite via ionic liquid treatment. Electrochimica Acta, 2013, 113: 803–809

[30] Wang L, Ye Y, Zhu H, . Controllable growth of Prussian blue nanostructures on carboxylic group-functionalized carbon nanofibers and its application for glucose biosensing. Nanotechnology, 2012, 23(45): 455502

[31] Li Y, Zheng J B, Sheng Q L, . Synthesis of Ag@AgCl nanoboxes, and their application to electrochemical sensing of hydrogen peroxide at very low potential. Microchimica Acta, 2015, 182(1–2): 61–68

[32] Wang J P, Gao H, Sun F L, . Nanoporous PtAu alloy as an electrochemical sensor for glucose and hydrogen peroxide. Sensors and Actuators B: Chemical, 2014, 191(2): 612–618

[33] Zhang B, Zhang X, Huang D, . Co₉S₈ hollow spheres for enhanced electrochemical detection of hydrogen peroxide. Talanta, 2015, 141: 73–79

[34] Liu S, Yu B, Li F, . Coaxial electrospinning route to prepare Au-loading SnO₂ hollow microtubes for non-enzymatic detection of H₂O₂. Electrochimica Acta, 2014, 141: 161–166

[35] Nie G D, Lu X F, Lei J Y, . Sacrificial template-assisted fabrication of palladium hollow nanocubes and their application in electrochemical detection toward hydrogen peroxide. Electrochimica Acta, 2013, 99: 145–151

Rights & permissions

Higher Education Press and Springer-Verlag Berlin Heidelberg