纳米片FeSe基电化学传感器用于压裂返排液中痕量亚硝酸根的快速检测

doi:10.7503/cjcu20250140

高等学校化学学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (11): 20250140.doi: 10.7503/cjcu20250140

纳米片FeSe基电化学传感器用于压裂返排液中痕量亚硝酸根的快速检测

张翔¹^,², 吕海燕¹^,², 吕宝强¹^,², 吕小明¹^,², 李娥³, 徐春丽⁴(), 苏小东³()

^1.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室, 西安 710021
^2.中国石油天然气集团公司长庆油田分公司油气技术研究院, 西安 710021
^3.重庆科技大学化学化工学院, 重庆 401331
^4.中央储备粮南充直属库有限公司, 南充 637000

收稿日期:2025-05-13 出版日期:2025-11-10 发布日期:2025-09-05
通讯作者: 徐春丽,苏小东 E-mail:1782512021@qq.com;2008004@cqust.edu.cn
基金资助:
低渗透油气田勘探开发国家工程实验室开发课题(CQYT-CQYQY-2023-JS-1247)

Nanosheet FeSe-based Electrochemical Sensor for Rapid Detection of Trace Nitrite Ions in Fracturing Flowback Fluid

ZHANG Xiang¹^,², LYU Haiyan¹^,², LYU Baoqiang¹^,², LYU Xiaoming¹^,², LI E³, XU Chunli⁴(), SU Xiaodong³()

^1.National Engineering Laboratory for Exploration and Development of Low Permeability Oil and Gas Fields，Xi’an 710021，China
^2.Research Institute of Oil & Gas Technology，Changqing Oilfield Branch Company，PetroChina，Xi’an 710021，China
^3.College of Chemistry and Chemical Engineering，Chongqing University of Science and Technology，Chongqing 401331，China
^4.Central Reserve Grain Nanchong Depository Company Limited，Nanchong 637000，China

Received:2025-05-13 Online:2025-11-10 Published:2025-09-05
Contact: XU Chunli, SU Xiaodong E-mail:1782512021@qq.com;2008004@cqust.edu.cn
Supported by:
the National Engineering Laboratory for Exploration and Development of Low Permeability Oil and Gas Fields Development Project, China(CQYT-CQYQY-2023-JS-1247)

摘要/Abstract

摘要：

利用水热法将含氧官能团的碳点(CDs)生长在介质阻挡放电(DBD)改性的柔性碳布(CC)上, 构建了稳定且具有均匀锚定位点的CDs/CC超亲水基底材料. 进一步通过简便快速的微波法在该基底上生长片状的FeSe纳米材料, 构建了FeSe/CDs/CC亚硝酸盐电化学传感器, 并利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、 X射线光电子能谱(XPS)及能量色散光谱(EDS)等手段进行了表征. 电化学性能测试结果表明, CDs和FeSe的修饰显著提高了CC的电荷转移电阻. 在最佳检测条件下, 氧化峰电流与0.3~10 µmol/L和10~1000 µmol/L 范围内亚硝酸盐浓度呈良好的线性关系, 灵敏度分别为5477.80和1828.84 µA∙(mmol/L)∙cm², 检出限为 0.11 µmol/L. 此外, 该传感器具有优异的抗干扰能力、长期稳定性、重复性和重现性, 对压裂返排液中亚硝酸盐检测的加标回收率在97.75%~103.12%之间.

关键词: 硒化铁/碳点/碳布(FeSe/CDs/CC), 亚硝酸盐, 电化学传感器, 压裂返排液

Abstract:

A stable CDs/CC superhydrophilic substrate material with uniform anchoring sites was constructed by growing carbon dots（CDs） containing oxygen functional groups on dielectric barrier discharge（DBD）-modified flexible carbon cloth（CC） using a hydrothermal method. The FeSe/CDs/CC nitrite electrochemical sensor was further constructed by growing flaky FeSe nanomaterials on this substrate by a simple and rapid microwave method， and was characterised by X-ray diffraction（XRD）， scanning electron microscopy（SEM）， X-ray photoelectron spectroscopy（XPS） and energy dispersive spectrometer（EDS）. The electrochemical performance results showed that the successful modification of CDs and FeSe significantly improved the charge transfer resistance of CC. Under the optimal detection conditions， the oxidation peak current showed a good linear relationship with the nitrite concentration in the ranges of 0.3—10 µmol/L and 10—1000 µmol/L， with the sensitivities of 5477.80 µA∙（mmol/L）∙cm² and 1828.84 µA∙（mmol/L）∙cm²， and the detection limit of 0.11 µmol/L， respectively. In addition， the sensor possessed excellent immunity to interferences， long-term stability， repeatability and reproducibility， and the recoveries of nitrite spiked in the fracture flowback fluid were in the range of 97.75%—103.12%.

Key words: FeSe/CDs/CC, Nitrite, Electrochemical sensor, Fracture flowback fluid

中图分类号:

O657

TrendMD:

张翔, 吕海燕, 吕宝强, 吕小明, 李娥, 徐春丽, 苏小东. 纳米片FeSe基电化学传感器用于压裂返排液中痕量亚硝酸根的快速检测. 高等学校化学学报, 2025, 46(11): 20250140.

ZHANG Xiang, LYU Haiyan, LYU Baoqiang, LYU Xiaoming, LI E, XU Chunli, SU Xiaodong. Nanosheet FeSe-based Electrochemical Sensor for Rapid Detection of Trace Nitrite Ions in Fracturing Flowback Fluid. Chem. J. Chinese Universities, 2025, 46(11): 20250140.

图/表 9

Fig.1 Inverted fluorescence micrographs of bare CC(A) and CDs/CC(B), contact angles of unmodified bare CC(C), DBD modified CC(D) and CDs/CC(E)

Fig.2 SEM images of unmodified bare carbon cloth(A), CDs/CC(B) and FeSe/CDs/CC(C), EDS spectra of FeSe/CDs/CC(D), elemental mapping of FeSe/CDs/CC(E), O(F), Fe(G), Se(H), CDs/CC(I), N(J) and EDS spectra of CDs/CC(K)

Fig.3 X⁃Ray diffractograms of bare CC, CDs/CC, FeSe/CDs/CC(A), XPS full spectrum of FeSe/CDs/CC(B), FeSe/CDs/CC fine spectrum of C1s (C), O1s (D), Fe2p (E), Se3d (F), and XPS spectra of CDs/CC electrodes of C1s (G), N1s (H)

Fig.4 CVs(A) and EIS spectra(B) of different electrodes

Fig.5 CV curves of FeSe/CDs/CC electrodes at different pH values(A) and line graphs of oxidation peak current values corresponding to different pH values(B)

Fig.6 CV curves of different electrodes with and without added nitrite(A), CV curves of FeSe/CDs/CC electrodes with different scanning rates(B), linear plot of oxidation peak currentvalues versus the square root of scanning rate(C), linear plot of oxidation peak potential versus the logarithm of the scanning rate(D), CV plots of the FeSe/CDs/CC electrodes at different nitrite concentrations in the CV plots(E) and linear plot of oxidation peak current value versus nitrite concentration(F)

Fig.7 Current response of FeSe/CDs/CC with continuous addition of 0.1 mmol/L nitrite in the range of 0.75—0.95 V(A), plot of current response of FeSe/CDs/CC electrode to nitrite(B), linear plots of the response current values versus nitrite concentration(C, D)Inset： partial enlarged images.

Fig.8 Interference immunity of FeSe/CDs/CC electrodes(A), reproducibility(B), repeatability(C), stability(D)

Table 1 Electrochemical and spectrophotometric detection of nitrite in fracturing flowback fluid

Sample

UV⁃Vis/

（µmol∙L^-1）

Detected by our

method/（µmol∙L^-1）

Added/

（µmol∙L^-1）

Found/

（µmol∙L^-1）

Recovery（%）

RSD（%）

（n=3）

Fracturing flowback Fluid

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纳米片FeSe基电化学传感器用于压裂返排液中痕量亚硝酸根的快速检测

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