Fluorescent Probe for Detection of Hg2+ and S2- Based on N-Doped Ti3C2 MXene Quantum Dots

doi:10.7503/cjcu20230504

Abstract

Abstract:

A novel fluorescent "on-off-on" method for the detection of Hg²⁺ and S^2- was developed based on N-doped Ti₃C₂ MXene quantum dots（N-Ti₃C₂ MQDs） and complexation. The prepared N-Ti₃C₂ MQDs emitted blue fluorescence（λ_em=440 nm） with a fluorescence quantum yield of 15.7%. Hg²⁺ can selectively coordinate with functional groups of —NH₂， —COOH， and —OH on the surface of N-Ti₃C₂ MQDs through electrostatic interaction， resulting in fluorescent quenching of the N-Ti₃C₂ MQDs system. After the addition of S^2-， HgS precipitation is formed due to the strong binding force between S^2- and Hg²⁺， leading to the fluorescent recovery of the N-Ti₃C₂ MQDs. Based on this principle， a fluorescent "on-off-on" sensing method was constructed to quantitatively detect Hg²⁺ and S^2-. The fluorescenty of the N-Ti₃C₂ MQDs probe is proportional to Hg²⁺ and S^2- concentrations in the range of 0.02—200 μmol/L and 0.07—150 μmol/L， with a detection limit of 10 nmol/L and 30 nmol/L（S/N=3）， respectively. This proposed method has the advantages of low cost， simple operation， high sensitivity， and good selectivity， which has been used for the determination of Hg²⁺ and S^2- in real water samples.

Key words: Hg²⁺, S^2-, N-Doped Ti₃C₂ MXene, Quantum dot, Fluorescent probe

CLC Number:

O657.1

TrendMD:

ZHANG Huilian, YANG Xinjie, LI Jun, LI Quan, ZHANG Fujuan, ZHANG Yanli, WANG Hongbin, YANG Wenrong, PANG Pengfei. Fluorescent Probe for Detection of Hg²⁺ and S^2- Based on N-Doped Ti₃C₂ MXene Quantum Dots[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2024, 45(5): 20230504.

Figures/Tables 9

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Samples	Hg²⁺				S^2-
Samples	Added/ （µmol‧L^-1）	Found/ （µmol‧L^-1）	Recovery（%）	RSD（%）	Added/ （µmol‧L^-1）	Found/ （µmol‧L^-1）	Recovery（%）	RSD（%）
River water	0	—	—	—	—	—	—	—
	10	9.8	98.7	2.08	15	14.2	94.5	2.64
	50	48.9	97.7	4.51	50	48.1	96.2	3.49
	100	106.0	106.0	4.04	100	98.9	98.9	4.50
Lake water	0	—	—	—	—	—	—	—
	10	10.2	102.0	2.75	15	15.1	100.0	3.61
	50	47.8	95.5	4.65	50	47.9	95.7	4.72
	100	107.0	107.0	3.62	100	99.3	99.3	3.25

Samples	Hg²⁺				S^2-
Samples	Added/ （µmol‧L^-1）	Found/ （µmol‧L^-1）	Recovery（%）	RSD（%）	Added/ （µmol‧L^-1）	Found/ （µmol‧L^-1）	Recovery（%）	RSD（%）
River water	0	—	—	—	—	—	—	—
	10	9.8	98.7	2.08	15	14.2	94.5	2.64
	50	48.9	97.7	4.51	50	48.1	96.2	3.49
	100	106.0	106.0	4.04	100	98.9	98.9	4.50
Lake water	0	—	—	—	—	—	—	—
	10	10.2	102.0	2.75	15	15.1	100.0	3.61
	50	47.8	95.5	4.65	50	47.9	95.7	4.72
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