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

doi:10.7503/cjcu20250140

Abstract

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

CLC Number:

O657

TrendMD:

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[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2025, 46(11): 20250140.

Figures/Tables 9

References 39

[1]	Sepahvand M.， Ghasemi F.， Hosseini H M S.， Food Chem. Toxicol.， 2021， 149， 112025
[2]	Narayana B.， Sunil K.， EJAC， 2009， 4（2）， 204—214
[3]	Helaleh M. I. H.， Korenaga T.， J. Chromatogr. B.， 2000， 744（2）， 433—437
[4]	Ohta T.， Arai Y.， Takitani S.， Anal. Chem.， 1986， 58（14）， 3132—3135
[5]	Roohparvar R.， Shamspur T.， Mostafavi A.， Bagheri H.， Anal. Chem.， 2018， 142， 135—139
[6]	Li Y.， Zhang X.， Sun Y.， Yang Z.， Liu J.， Int. J. Electrochem.， 2023， 18（6）， 100097
[7]	Li R.， Li L.， Wang B.， Yu L.， Nanomaterials， 2021， 11（11）， 3126
[8]	Zhang J.， Zhang X.， Gao J.， Zhao C.， Suo H.， Microchem. J.， 2024， 197， 109795
[9]	Zhang J.， Sun B.， Zhang X.， Gao J.， Zhang L.， Zhao C.， Suo H.， Mater. Chem. Phys.， 2023， 303， 127763
[10]	Liu Y.， Wang C.， Zhang Y.， Zeng X.， Li J.， Yang M.， Huo D.， Hou C.， Anal. Chim. Acta.， 2024， 1307， 342627
[11]	Zhe T.， Li R.， Wang Q.， Shi D.， Li F.， Liu Y.， Liang S.， Sun X.， Cao Y.， Wang L.， Sens. Actuators. B， 2020， 321， 128452
[12]	Long L.， Liu X.， Chen L.， Wang S.， Liu M.， Jia J.， Electrochim. Acta， 2019， 308， 243—252
[13]	Zhang H.， Yu Y.， Shen X.， Hu X.， New J. Chem.， 2020， 44（5）， 1993—2000
[14]	Dang V. H.， Yen P. T. H.， Giao N. Q.， Phong P. H.， Ha V. T. T.， Duy P. K.， Hoeil C.， Electroanalysis， 2018， 30（10）， 2222—2227
[15]	Zhu W.， Zhang Y.， Gong J.， Ma Y.， Sun J.， Li T.， Wang J.， ACS Sensors， 2019， 4（11）， 2980—2987
[16]	Zhang Z.， Zhang T. Yang D.， Yang Y.， Zhao X.， Fan Y.， Zhang J.， Yang J.H.， J. Environ. Chem. Eng.， 2024， 12（2）， 112218
[17]	Li W.， Wu T.， Zhang S.， Liu Y.， Zhao C.， Liu G.， Wang G.， Zhang H.， Zhao H.， Chem. Commun.， 2018， 54（79）， 11188—11191
[18]	Lubis R. W.， Saraswati T. E.， Setiawan U. H.， Kusumandari K.， Mater. Sci. Eng.， 2019， 578（1）， 012010
[19]	Mou Y.， Zuo C.， Wu Y.， Wang H.， Hou Y.， Su X.， J. Indian Chem. Soc.， 2024， 101（1）， 101112
[20]	Zhuang Z.， Lin H.， Zhang X.， Qiu F.， Yang H Y.， Microchim. Acta， 2016， 183， 2807—2814
[21]	Ferreira J. A.， Name L. L.， Lieb L. C.， Tiba D. Y.， Silva M. M.， Oliveira A. C.， Canevari T. C.， Curr. Nanosci.， 2024， 20（1）， 31—46
[22]	Jing B.， You S.， Ma Y.， Xing Z.， Chen H.， Dai Y.， Zhang C.， Ren N.， Zou J.， Appl. Catal.， 2019， 244， 465—474
[23]	Song D.， Huang X.， Han M.， Xu X.， Li G.， Wang X.， Zhao Y.， Gao F.， Sens. Actuators B， 2023， 394， 134484
[24]	Ma Y.， Wang Y.， Xie D.， Gu Y.， Zhang H.， Wang G.， Zhang Y.， Zhao H.， Wong P. K.， ACS Appl. Mat. Interfaces， 2018， 10（7）， 6541—6551
[25]	Muralidhar M.， Furutani K.， Kumar D.， Koblischka M. R.， Rao M. S. R.， Murakami M.， Phys. Status Solidi.， 2016， 213（12）， 3214—3220
[26]	Kuo C. C.， Chou S. C.， Chang Y. C.， Hsieh Y. C.， Wu P. W.， Wu W. W.， J. Electrochem. Soc.， 2018， 165（7）， H365
[27]	Yin Y.， Huang X.， Wang W.， Liu X.， Solid State Sci.， 2023， 136， 107109
[28]	Zhong W.， Tu W.， Feng S.， Xu A.， J. Alloys Compd.， 2019， 772， 669—674
[29]	Li J.， Li Y.， Yang Y.， Zhao P.， Fei J.， Xie Y.， Food Chem.， 2024， 435， 137651
[30]	Wang X.， Zhou Y.， Liu M.， Chen C.， Zhang J.， Electrochim. Acta， 2019， 297， 197—205
[31]	Ghalawat M.， Poddar P.， Langmuir， 2020， 36（8）， 2012—2022
[32]	Yin Y.， Huang X.， Wang W.， Liu X.， Solid State Sci.， 2023， 136， 107109
[33]	Omer K M.， Sartin M.， Opt. Mater.， 2019， 94， 330—336
[34]	Sardinha A. F.， Almeida D. A. L.， Ferreira N. G.， J. Mater. Res. Technol.， 2020， 9（5）， 10841—10853
[35]	Lin A. J.， Wen Y.， Zhang L. J.， Lu B.， Li Y.， Jiao Y. Z.， Yang H. F.， Electrochim. Acta， 2011， 56（3）， 1030—1036
[36]	Rosca V.， Beltramo G. L.， Koper M. T. M.， J. Electroanal. Chem.， 2004， 566（1）， 53—62
[37]	Rana D. S.， Kalia S.， Kumar R.， Thakur N.， Singh D.， Singh R. K.， Mater. Chem. Phys.， 2022， 287， 126283
[38]	Li R.， Li F.， Zhe T.， Li M.， Liu Y.， Wang L.， Sens. Actuators B， 2021， 342， 130061
[39]	Zhe T.， Li R.， Li F.， Liang S.， Shi D.， Sun X.， Wang L.， Food Chem.， 2021， 340， 127953