ВПЛИВ СЕРЕДОВИЩА НА ЕЛЕКТРОХЕМІЛЮМІНЕСЦЕНТНІ ВЛАСТИВОСТІ МОДИФІКОВАНИХ ЕЛЕКТРОДІВ

Автор(и)

  • Д. Ю. Мартинов Харківський національний університет радіоелектроніки; Інститут сцинтиляційних матеріалів Національної академії наук України, Україна https://orcid.org/0009-0009-0330-5321
  • І. І. Беспалова Інститут сцинтиляційних матеріалів Національної академії наук України, Україна https://orcid.org/0000-0002-9923-7563
  • Є. В. Шлейн Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна; Ганноверський університет Лейбніца, Німеччина https://orcid.org/0009-0004-7463-8901
  • М. І. Сліпченко Інститут сцинтиляційних матеріалів Національної академії наук України; Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0002-4242-4800
  • Ю. Т. Жолудов Харківський національний університет радіоелектроніки, Україна https://orcid.org/0000-0002-3143-5280

DOI:

https://doi.org/10.18524/1815-7459.2025.3.339802

Ключові слова:

електрохемілюмінесценція, 9,10-дифенілантрацен, перовскіт CsPbBr3, перхлорат літію, пероксидисульфат, плівки Ленгмюра–Блоджетт, спектральний аналіз

Анотація

У роботі досліджено специфічний вплив співреагентів та фонових електролітів на електрохемілюмінесцентні (ЕХЛ) властивості органічних та перовскітних люмінофорів. Показано, що перхлорат літію (LiClO4), який традиційно вважається інертним електролітом, здатний індукувати вимірювану ЕХЛ-емісію у плівках 9,10-дифенілантрацену/поліметилметакрилату (ДФА/ПММА), сформованих методом Ленгмюра–Блоджетт, навіть за відсутності класичних співреагентів. Висунуто кілька гіпотез цього явища, включно зі специфічною взаємодією катіонів Li+ із π-системою ДФА та можливою стабілізацією радикальних проміжних форм, що підкреслює неінертну роль солей літію у процесах ЕХЛ. Паралельно досліджено ЕХЛ-відгук плівок перовскітів CsPbBr3 у присутності пероксидисульфату (S2O82-) як катодного співреагента.

Виявлено два процеси генерації ЕХЛ, розділені за потенціалом. Встановлено, що власна ЕХЛ перовскітів перевищує фонову емісію пероксидисульфату, характеризується стабільністю та відтворюваністю протягом понад 30 циклів електролізу. Морфологічні дослідження показали зміни поверхні плівок у процесі електролізу, що корелюють із динамікою сигналу. Спектральний аналіз підтвердив різницю між двома процесами та виявив часткове перекривання емісії електроліту із випромінюванням перовскітів, що забезпечує резонансне підсилення сигналу. Крім того, встановлено вплив кисню, який модулює інтенсивність і стабільність ЕХЛ. Отримані результати демонструють критичну роль електроліту, міжфазних процесів і морфології плівок у формуванні ЕХЛ та відкривають перспективи створення чутливих і стабільних люмінесцентних платформ для аналітичних і біосенсорних застосувань.

Посилання

Miao W. Electrogenerated chemiluminescence and its biorelated applications. Chem. Rev.. 2008, July. Vol. 108, iss. 7. P. 2506–2553. https://doi.org/10.1021/cr068083a

Giagu G., Fracassa A., Fiorani A., Villani E., Paolucci F., Valenti G., Zanit A. From theory to practice: understanding the challenges in the implementation of electrogenerated chemiluminescence for analytical applications. Microchim. Acta. 2024, June. Vol. 191, iss. 6. P. 359. https://doi.org/10.1007/s00604-024-06413-1

Yoo S.-M., Jeon Y.-M., Heo S.-Y. Electrochemiluminescence systems for the detection of biomarkers: strategical and technological advances. Biosensors. 2022, September. Vol. 12, iss. 9. P. 738. https://doi.org/10.3390/bios12090738

Bouffier L., Arbault S., Kuhn A., Sojic N. L’électrochimiluminescence: une méthode de choix pour la bioanalyse. Innov. Technol. 2018, May. REF: P156 V1. https://doi.org/10.51257/a-v1-p156

Cui H., Paolucci F., Sojic N., Xu G. Analytical electrochemiluminescence. Anal. Bioanal. Chem.. 2016, October. Vol. 408, iss. 25. P. 7001–7002. https://doi.org/10.1007/s00216-016-9837-9

Gross E. M., Maddipati S. S., Snyder S. M. A review of electrogenerated chemiluminescent biosensors for assays in biological matrices. Bioanalysis. 2016, October. Vol. 8, iss. 19. P. 2071–2089. https://doi.org/10.4155/bio-2016-0178

Ishimatsu R. Impacts of electrogenerated chemiluminescence mechanism on the emission spectra and intensities. Anal. Sci. 2025, May. Vol. 41, iss. 5. P. 511–522. https://doi.org/10.1007/s44211-025-00736-6

Bouffier L., Sojic N. Introduction and overview of electrogenerated chemiluminescence. Detection science / ed. by N. Sojic. Cambridge : Royal Society of Chemistry, 2019. Chap. 1. P. 1–28. https://doi.org/10.1039/9781788015776-00001

Liu D., Zhang X., Zhao J., Chen S., Yuan R. An ultrasensitive sensing platform for microRNA-155 based on H2O2 quenched hydroxide-dependent ECL emission of PFO Pdots. Biosens. Bioelectron. 2020, February. Vol. 150. Article 111872. https://doi.org/10.1016/j.bios.2019.111872

Francis P. S., Knežević S., Hogan C. F., Sojic N. Terminology of electrochemiluminescence reaction mechanisms. ACS Electrochem. 2025, July. Vol. 1, iss. 7. P. 1006–1013. https://doi.org/10.1021/acselectrochem.5c00101

Gou X., Xing Z., Ma C., Zhu J.-J. A close look at mechanism, application, and opportunities of electrochemiluminescence microscopy. Chem. Biomed. Imaging. 2023, August. Vol. 1, iss. 5. P. 414–433. https://doi.org/10.1021/cbmi.2c00007

Sojic N., Arbault S., Bouffier L., Kuhn A. Applications of electrogenerated chemiluminescence in analytical chemistry. Luminescence in electrochemistry / ed. by F. Miomandre, P. Audebert. Cham : Springer International Publishing, 2017. P. 257–291. https://doi.org/10.1007/978-3-319-49137-0_8

Ouyang J., Bard A. J. Electrogenerated chemiluminescence. 50. Electrochemistry and electrogenerated chemiluminescence of micelle solubilized Os(bpy)32+. Bull. Chem. Soc. Jpn. 1988, January. Vol. 61, iss. 1. P. 17–24. https://doi.org/10.1246/bcsj.61.17

Maness K. M., Wightman R. M. Electrochemiluminescence in low ionic strength solutions of 1,2-dimethoxyethane. J. Electroanal. Chem. 1995, October. Vol. 396, iss. 1–2. P. 85–95. https://doi.org/10.1016/0022-0728(95)03926-8

Khan K. H., Bilal M. H., Kressler J., Hussain H. PEO/PEG-b-P(M A-POSS)/LiClO4 blend solid polymer electrolyte for enhanced lithium-ion conductivity: fabrication, characterization, and electrochemical impedance spectroscopy. J. Mater. Sci. 2023, December. Vol. 58, iss. 46. P. 17557–17577. https://doi.org/10.1007/s10853-023-09109-8

Zholudov Y., Snizhko D., Kukoba A., Bilash H., Rozhitskii M. Aqueous electrochemiluminescence of polycyclic aromatic hydrocarbons immobilized into Langmuir–Blodgett film at the electrode. Electrochimica Acta. 2008, December. Vol. 54, iss. 2. P. 360–363. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2008.07.069

Omer K. M., Bard A. J. Electrogenerated chemiluminescence of aromatic hydrocarbon nanoparticles in an aqueous solution. J. Phys. Chem. C. 2009, July. Vol. 113, iss. 27. P. 11575–11578. https://doi.org/10.1021/jp901038h

Acharya D., Bastola P., Le L., Paul A. M., Fernandez E., Diamond M. S., Miao W., Bai F. An ultrasensitive electrogenerated chemiluminescence-based immunoassay for specific detection of Zika virus. Sci. Rep. 2016, August. Vol. 6, iss. 1. Article 32227. https://doi.org/10.1038/srep32227

Bastola P. Electrogenerated chemiluminescent studies of 9,10-diphenylanthracene, rubrene, tris (2,2’-bipyridine) ruthenium (II) species, and their derivatives for sensitive detection of biomolecules. PhD Thesis. The Graduate School, the College of Science and Technology, and the Department of Chemistry and Biochemistry at The University of Southern Mississippi. Southern Mississippi, 2017.

Lv X., Xu X., Miao T., Zang X., Geng C. Li Y, Cui B., Fang Y. Aggregation-induced electrochemiluminescence immunosensor based on 9,10-diphenylanthracene cubic nanoparticles for ultrasensitive detection of aflatoxin B1. ACS Appl. Bio Mater. 2020, December. Vol. 3, iss. 12. P. 8933–8942. https://doi.org/10.1021/acsabm.0c01201

Liu J.-L., Tang Z.-L., Zhang J.-Q., Chai Y.-Q., Zhuo Y., Yuan R. Morphology-controlled 9,10-diphenylanthracene nanoblocks as electrochemiluminescence emitters for microRNA detection with one-step DNA walker amplification. Anal. Chem. 2018, April. Vol. 90, iss. 8. P. 5298–5305. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.8b00209

Zholudov Y. T., Xu G. Electrogenerated chemiluminescence at a 9,10-diphenylanthracene/polyvinyl butyral film modified electrode with a tetraphenylborate coreactant. Analyst. 2018. Vol. 143, iss. 14. P. 3425–3432. https://doi.org/10.1039/C8AN00889B

Vinyard D. J., Su S., Richter M. M. Electrogenerated chemiluminescence of 9,10-diphenylanthracene, rubrene, and anthracene in fluorinated aromatic solvents. J. Phys. Chem. A. 2008, September. Vol. 112, iss. 37. P. 8529–8533. https://doi.org/10.1021/jp804418f

Guangmei G., Lin Z., Chen X. Electrochemiluminescence of 9,10-diphenylanthracene doped polystyrene beads in aqueous media. Anal. Methods. 2011. Vol. 3, iss. 1. P. 53–55. https://doi.org/10.1039/C0AY00620C

Ozawa R., Minami H., Nakamura K., Kobayashi N. Upconverted blue electrochemiluminescence of 9,10-diphenylanthracene with ultrafast response on photo-electro functional DNA/Ru(bpy)32+ hybrid electrode. J. Mater. Chem. C. 2021. Vol. 9, iss. 7. P. 2252–2257. https://doi.org/10.1039/D0TC05651K

Measures R. M. Prospects for developing a laser based on electrochemiluminescence. Appl. Opt. 1974, May. Vol. 13, iss. 5. P. 1121–1133. https://doi.org/10.1364/AO.13.001121

Huang Y., Fang M., Zou G., Zhang B., Wang H. Monochromatic and electrochemically switchable electrochemiluminescence of perovskite CsPbBr3 nanocrystals. Nanoscale. 2016. Vol. 8, iss. 44. P. 18734–18739. https://doi.org/10.1039/C6NR06456F

Xue J., Zhang Z., Zheng F., Xu Q., Xu J., Zou G., Li L., Zhu J. Efficient solid-state electrochemiluminescence from high-quality perovskite quantum dot films. Anal. Chem. 2017, August. Vol. 89, iss. 16. P. 8212–8216. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.7b02291

Chen L., Kang Q., Li Z., Zhang B., Zou G., Shen D. Tunable electrochemiluminescence properties of CsPbBr3 perovskite nanocrystals using mixed-monovalent cations. New J. Chem. 2020. Vol. 44, iss. 8. P. 3323–3329. https://doi.org/10.1039/C9NJ05665C

Akkerman Q. A., Rainò G., Kovalenko M. V., Manna L. Genesis, challenges and opportunities for colloidal lead halide perovskite nanocrystals. Nat. Mater. 2018, May. Vol. 17, iss. 5. P. 394–405. https://doi.org/10.1038/s41563-018-0018-4

Li J., Wu Z., Luo F., Lin Z., Wang J., Li R., Qiu B. Stable halide perovskite CsPbBr3 nanocrystals assisted by covalent-organic frameworks for electrochemiluminescence analysis in an aqueous medium. Anal. Chem. 2024, October. Vol. 96, iss. 42. P. 16783–16792. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.4c03392

Chen Y., Zhong X., Yang Q., Chen H., Hao N., Hu S. A perovskite‐based electrochemiluminescence aptasensor for tetracycline screening. Luminescence. 2024, March. Vol. 39, iss. 3. Article e4717. https://doi.org/10.1002/bio.4717

An X., Jiang D., Cao Q., Wang W., Xu F., Shiigi H., Chen Z. Ultrasensitive electrochemiluminescence sensor for the detection of synthetic cannabinoids based on perovskite as coreaction accelerator and light-scattering effects of photonic crystals. Anal. Chim. Acta. 2023, October. Vol. 1279. Article 341852. https://doi.org/10.1016/j.aca.2023.341852

Wei J., Chen L., Cai X., Lai W., Chen X., Cai Z. 2D mesoporous silica-confined CsPbBr3 nanocrystals and N-doped graphene quantum dot: a self-enhanced quaternary composite structures for electrochemiluminescence analysis. Biosens. Bioelectron. 2022, November. Vol. 216. Article 114664. https://doi.org/10.1016/j.bios.2022.114664

Zhang W.-X., Chen J.-S., Liu X.-P., Mao C.-J., Jin B.-K. An electrochemiluminescent sensor based on hydrophilic CsPbBr3/TDPA nanocrystals for sensitive detection of nitrobenzene. Sens. Diagn. 2023. Vol. 2, iss. 2. P. 445–456. https://doi.org/10.1039/D3SD00007A

Sunetal R. Highly electrochemiluminescent Cs4PbBr6@CsPbBr3 perovskite nanoacanthospheres and their application for sensing bisphenol A. Anal. Chem. 2022, December. Vol. 94, iss. 49. P. 17142–17150. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.2c03494

Zhang R.-R., Gan X.-T., Xu J.-J., Pan Q.-F., Liu H., Sun A.-L., Shi X.-Z., Zhang Z.-M. Ultrasensitive electrochemiluminescence sensor based on perovskite quantum dots coated with molecularly imprinted polymer for prometryn determination. Food Chem. 2022, February. Vol. 370. Article 131353. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2021.131353

Wang X., Yu L., Kang Q., Chen L., Jin Y., Zou G., Shen D. Enhancing electrochemiluminescence of FAPbBr3 nanocrystals by using carbon nanotubes and TiO2 nanoparticles as conductivity and coreaction accelerator for dopamine determination. Electrochimica Acta. 2020, November. Vol. 360. Article 136992. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2020.136992

Yue Y., Zou X., Liu L., Liu X., Zhang B., Chen M., Fu Y., Zhang Y., Niu L. Cyanuric acid-functionalized perovskite nanocrystals toward low interface impedance. High environmental stability, and superior electrochemiluminescence. ACS Appl. Mater. Interfaces. 2024, Februaru. Vol. 16, iss. 6. P. 7531–7542. https://doi.org/10.1021/acsami.3c13936

Cao Y., Zhou Y., Lin Y., Zhu J.-J. Hierarchical metal-organic framework-confined CsPbBr3 quantum dots and aminated carbon dots: a new self-sustaining suprastructure for electrochemiluminescence bioanalysis. Anal. Chem. 2021, January. Vol. 93, iss. 3. P. 1818–1825. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.0c04717

Sivakumar I. L. K., Shettya V. B., Paramasivam S., Rao M. K., Muthu S., Senthil Kumar S. A review on perovskite-based nanocrystals as potential electrochemiluminescence emitters: challenges and future opportunities. J. Mater. Chem. C. 2024. Vol. 12, iss. 28. P. 10390–10407. https://doi.org/10.1039/D4TC01473A

Peng H., Wu W., Huang Z., Xu L., Sheng Y., Deng H., Xia X., Chen W. Cathodic electrochemiluminescence performance of all-inorganic perovskite CsPbBr3 nanocrystals in an aqueous medium. Electrochem. Commun. 2020, February. Vol. 111. Article 106667. https://doi.org/10.1016/j.elecom.2020.106667

Reshetnyak O. V., Koval’chuk E. P., Skurski P., Rak J., Błażejowski J. The origin of luminescence accompanying electrochemical reduction or chemical decomposition of peroxydisulfates. J. Lumin. 2003, September. Vol. 105, iss. 1. P. 27–34. https://doi.org/10.1016/s0022-2313(03)00094-2

Reshetnyak O. V., Koval’chuk E. P. A possible scheme of electrochemiluminescence generation on platinum cathodes in aqueous solutions of peroxydisulfates. Electrochimica Acta. 1998. Vol. 43, iss. 5–6. P. 465–469. https://doi.org/10.1016/s0013-4686(97)00138-2

Cao Y., Zhu W., Li L., Zhang Z., Chen Z., Lin Y., Zhu J.-J. Size-selected and surface-passivated CsPbBr3 perovskite nanocrystals for self-enhanced electrochemiluminescence in aqueous media. Nanoscale. 2020. Vol. 12, iss. 13. P. 7321–7329. https://doi.org/10.1039/D0NR00179A

Zholudov Y., Snizhko D., Kukoba A., Bilash O. Automated electrochemiluminescent analyzer for research and biomedical assay. 2021 IEEE 8th International Conference on Problems of Infocommunications, Science and Technology (PIC S&T) (Kharkiv, 5–7 October 2021). Kharkiv, Ukraine : IEEE, Oct. 2021. P. 439–444. https://doi.org/10.1109/PICST54195.2021.9772152

Snizhko D. “Pulsar” photon counter in electrogenerated chemiluminescent measurements. Przegląd Elektrotechniczny. 2021 July. Vol. 1, iss. 7. P. 31–36. https://doi.org/10.15199/48.2021.07.0

Martynov D., Snizhko D., Slipchenko M., Zholudov Y. Technology of electrochemiluminescence sensors based on Langmuir-Blodgett films with polycyclic organic phosphors. 2023 IEEE 4th KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek) (Kharkiv, 2–6 October 2023). Kharkiv, Ukraine : IEEE, Oct. 2023. P. 1–5. https://doi.org/10.1109/KhPIWeek61412.2023.10312840

Martynov D. Method for depositing 9,10-diphenylanthracene films in polymethyl methacrylate matrix by the Langmuir-Blodgett method : patent No. 152984 ; submitted 05.12.2022 ; published 03.05.2023, Bulletin No. 18/2023. https://sis.nipo.gov.ua/uk/search/detail/1734979/

Skrypnyk T., Bespalova I., Boesel L., Sorokin O. Enhancing the stability of perovskite nanocrystals in polyacrylate composites. Funct. Mater. 2024, June. Vol. 31, iss. 2. P. 252–259. https://doi.org/10.15407/fm31.02.252

Barbante G. J., Hogan C. F., Mechler A., Hughes A. B. Electrochemiluminescence of surface bound microparticles of ruthenium complexes. J. Mater. Chem. 2010. Vol. 20, iss. 5. P. 891–899. https://doi.org/10.1039/B918799P

Brown K., Gillies C., Allan P., Dennany L. Does the salt really matter? Impact of the counterion upon ECL signal. Electrochimica Acta. 2021, March. Vol. 372. Article 137885. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2021.137885

Allam O., Jang S. S. Molecular insights into lithium-ion coordination and morphology in carbonate polymer electrolytes. Chem. Mater. 2025, August. Vol. 37, iss. 17. P. 6574–6584. https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.5c01016

Penley D., Vicchio S. P., Getman R. B., Gurkan B. Energetics of Li+ coordination with asymmetric anions in ionic liquids by density functional theory. Front. Energy Res. 2021, October. Vol. 9. Article 725010. https://doi.org/10.3389/fenrg.2021.725010

Seo D. M., Boyle P. D., Borodin O., Henderson W. A. Li+ cation coordination by acetonitrile–insights from crystallography. RSC Adv. 2012. Vol. 2, iss. 21. P. 8014–8019. https://doi.org/10.1039/c2ra21290k

Minaev B. F., Tlepbergenov T. O., Muldakhmetov Z. M. Calculation of the intensities of the infrared spectra of acetonitrile complexes with Na+, Li+, and Mg+3 cations by the CNDO/2 method. J. Appl. Spectrosc. 1979, February. Vol. 30, iss. 2. P. 249–252. https://doi.org/10.1007/BF00612860

Borodin O., Han S.-D., Daubert J. S., Seo D. M., Yun S.-H., Henderson W. A. Electrolyte solvation and ionic association: VI. Acetonitrile-lithium salt mixtures: highly associated salts revisited. J. Electrochem. Soc. 2015. Vol. 162, iss. 4. P. A501–A510. https://doi.org/10.1149/2.0891503jes

Zholudov Y., Lysak N., Snizhko D., Reshetniak O., Xu G. Electrochemiluminescence analysis of tryptophan in aqueous solutions based on its reaction with tetraphenylborate anions. Analyst. 2020. Vol. 145, iss. 9. P. 3364–3369. https://doi.org/10.1039/D0AN00229A

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-09-25

Як цитувати

Мартинов, Д. Ю., Беспалова, І. І., Шлейн, Є. В., Сліпченко, М. І., & Жолудов, Ю. Т. (2025). ВПЛИВ СЕРЕДОВИЩА НА ЕЛЕКТРОХЕМІЛЮМІНЕСЦЕНТНІ ВЛАСТИВОСТІ МОДИФІКОВАНИХ ЕЛЕКТРОДІВ. Сенсорна електроніка і мікросистемні технології, 22(3), 19–37. https://doi.org/10.18524/1815-7459.2025.3.339802

Номер

Том 22 № 3 (2025)

Розділ

Біосенсори

Ліцензія

Авторське право (c) 2025 Сенсорна електроніка і мікросистемні технології

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Авторське право на публікації переходить Видавцю.