Sensor eletroquímico contendo um novo material 2D AuNP/MXene para determinação de vanilina.

Abstract

Carbonetos e nitretos de metais de transição (MXene) tem ganhado destaque em nanomateriais bidimensionais (2D). MXene é um material promissor para o desenvolvimento de aplicações de detecção eletroquímica devido às suas excelentes propriedades eletrônicas e de superfície. Apesar de seus numerosos atributos positivos, o MXene exibe uma alta propensão para agregação entre folhas, diminuindo seu desempenho eletroquímico. Sendo assim, a formação de nanoestruturas e nanocompósitos juntamente com o MXene pode aumentar sua estabilidade para as aplicações. Dessa forma, este trabalho é baseado no desenvolvimento de um novo sensor eletroquímico construído a partir da modificação química de um eletrodo de carbono vítreo (GCE), visando a determinação de vanilina, um aditivo alimentar. Para tal estudo, utilizou-se o carbeto de titânio bidimensional (Ti3C2Tx), mais conhecido como MXene, como agente redutor e estabilizante das nanopartículas de ouro (AuNP-Ti3C2Tx). Além disso, este material serviu como dispersante das nanoplaquetas de grafite exfoliadas (xGnP), formando um novo nanocompósito denominado como xGnP/AuNP-Ti3C2Tx. A formação das AuNP/Ti3C2Tx foi acompanhada por espectroscopia na região do ultravioleta-visível e o nanocompósito formado com as xGnP foi caracterizado por microscopia eletrônica de transmissão. Empregou-se o nanocompósito xGnP/AuNP/Ti3C2Tx na modificação do GCE e o eletrodo modificado, xGnP AuNP-MXene/GCE, foi usado para o estudo eletroquímico da vanilina. Verificou-se, por voltametria cíclica, um pico de oxidação irreversível em + 0,64 V. Utilizando a voltametria de onda quadrada, construiu-se uma curva de calibração com faixa linear de 0,1 – 8,5 µmol L‒1 e limites de detecção e de quantificação de 0,029 e 0,1 µmol L‒1 , respectivamente, apresentando sensibilidade adequada para aplicação na determinação do aditivo alimentar em amostra de sorvete de creme contendo vanilina.

Transition metal carbides and nitrides (MXene) have gained prominence in two-dimensional (2D) nanomaterials. MXene is a promising material for developing electrochemical sensing applications due to its excellent electronic and surface properties. Despite its numerous positive attributes, MXene exhibits a high propensity for aggregation between sheets, decreasing its electrochemical performance. Thus, the formation of nanostructures and nanocomposites along with MXene can increase their stability for applications. Therefore, this work is based on the development of a new electrochemical sensor built from the chemical modification of a glassy carbon electrode (GCE), aiming to determine vanillin, a food additive. For this study, two dimensional titanium Ti3C2Tx, better known as MXene, was used as a reducing and stabilizing agent of gold nanoparticles (AuNP-Ti3C2Tx). Likewise, this material served as a dispersant for exfoliated graphite nanoplatelets (xGnP), forming a new nanocomposite named xGnP/AuNP Ti3C2Tx. AuNP/Ti3C2Tx formation was monitored by spectroscopy in the ultraviolet-visible region, and the nanocomposite formed with xGnP was characterized by transmission electron microscopy. The xGnP/AuNP/Ti3C2Tx nanocomposite was used to modify GCE’s surface, and the modified electrode, xGnP-AuNP-MXene/GCE was used for the electrochemical study of vanillin. An irreversible oxidation peak at + 0,64 V was verified by cyclic voltammetry. Using square wave voltammetry, a calibration curve was constructed with a linear range of 0,11 – 8,5 µmol L‒1 and the detection and quantification limits of 0,029 e 0,1 µmol L‒1 , respectively, presenting adequate sensitivity for its application in determining the food additive in a sample of ice cream containing vanillin.