基于萃取驱动铜配合物的便携式电极电化学氧化PFOA检测技术研究

本文报道了一种通过单步室温萃取合成铜咪唑-吡啶配合物（Cu-P），用于构建柔性丝网印刷电极（SPE）实现全氟辛酸（PFOA）的低过电位（-0.42 V）电化学氧化检测。该传感器通过Cu2+/Cu+氧化还原对催化PFOA羧酸盐，安培法检测限达24.0 pM（响应时间3.8 s），结合人工神经网络（ANN）实现无标定读数（R2=0.99），为PFAS家族污染物监测提供了绿色合成与数据智能处理相结合的低成本现场检测平台。

　　

亮点

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  通过单步室温萃取合成具有Cu²⁺/Cu⁺氧化还原对的铜咪唑-吡啶配合物（Cu-P）
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  在-0.42 V低电位下实现PFOA羧酸盐的高效电化学氧化
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  安培法检测限达24.0 pM，响应时间仅3.8秒
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  密度泛函理论（DFT）揭示配合物缩小前沿轨道能隙，Cu-O配位能约-23 kcal·mol^-1
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  人工神经网络（ANN）直接从原始伏安图预测浓度，R²=0.99（平均绝对误差0.24）

结论

本研究开发了一种室温单步萃取策略，将易得的咪唑-吡啶配体转化为氧化还原活性配合物（Cu-P），作为可持续电催化剂用于PFOA的低过电位氧化。在柔性丝网印刷电极上的系统电化学评估表明：（1）Cu²⁺/Cu⁺氧化还原行为异相速率常数比裸碳电极高2.1倍；（2）差分脉冲伏安法在0.05-5.20 μM范围内呈线性（检测限0.74 μM）；（3）安培法实现24.0 pM检测限，满足现场监测要求。理论计算证实配位作用压缩前沿轨道能隙，使Cu 3d受体态与PFOA羧酸盐供体能级对齐，分子动力学轨迹验证了垂直取向加合物的稳定性。该平台通过融合绿色合成、金属中心催化与数据智能信号处理，为高频PFOA监测提供了实用型低成本解决方案，并为拓展分子铜电催化剂至更广PFAS家族奠定模板。