基于MXene-SWCNHs-Cu@β-CD-MOF纳米复合材料的高性能电化学传感器用于氯硝胺农药检测

《Microchemical Journal》：Fabrication of high-performance electrochemical sensors using MXene-SWCNHs-Cu@β-CD-MOF for chlorothalonil pesticide detection

本文报道了一种基于MXene-单壁碳纳米角-Cu@β-环糊精金属有机框架（MXene-SWCNHs-Cu@β-CD-MOF）纳米复合材料的高性能电化学传感器，用于检测广谱杀菌剂氯硝胺（CHL）。该传感器利用β-CD-MOF的分子识别能力和MXene-SWCNHs-Cu的优异导电性，实现了宽线性检测范围（0–1.0 mg/L）和超低检测限（0.22 μg/L），在农药残留检测领域具有重要应用价值。

　　

结构特征

扫描电子显微镜（SEM）分析揭示了合成材料的独特结构特征。β-CD-MOF晶体呈现细长的棒状结构，平均长度为10微米（图1A）。MXene展现出典型的HF蚀刻Ti₃AlC₂的层状结构（图1B）。单壁碳纳米角（SWCNHs）显示出球形纳米颗粒聚集体（图1C）。修饰后，如图1D所示，Cu物种和SWCNHs在MXene层中均匀分布，形成了三维多孔网络结构，这种结构显著增加了比表面积并提供了丰富的活性位点。

X射线衍射（XRD）图谱证实了β-CD-MOF的成功合成，其在7.5°和12.5°处显示出特征衍射峰。MXene在6.5°处出现明显的（002）晶面衍射峰，表明成功剥离。复合材料的XRD图谱包含了各组分的所有特征峰，且没有出现杂峰，证明了复合材料的成功制备。

傅里叶变换红外光谱（FT-IR）分析显示，β-CD-MOF在3400 cm^-1处出现O-H伸缩振动峰，在1150 cm^-1处出现C-O-C特征峰。MXene在1620 cm^-1处出现C=O伸缩振动峰。复合材料的光谱包含了各组分的主要特征吸收峰，且峰位发生轻微偏移，表明各组分之间形成了强烈的界面相互作用。

电化学性能表征

通过循环伏安法（CV）和电化学阻抗谱（EIS）对修饰电极的电化学性能进行评价。在含有5 mM [Fe(CN)₆]^3-/4-的PBS缓冲液中，MXene-SWCNHs-Cu@β-CD-MOF/GCE显示出最大的氧化还原峰电流和最小的电荷转移电阻，表明该复合材料具有优异的电子传输能力。这主要归因于MXene-SWCNHs-Cu的高导电性和β-CD-MOF的多孔结构协同作用，为电子转移提供了高效通道。

对氯硝胺（CHL）的电化学检测性能研究表明，该传感器在0–1.0 mg/L浓度范围内呈现良好的线性关系，检测限低至0.22 μg（信噪比S/N=3）。传感器还表现出优异的重现性（相对标准偏差RSD<3.5%）、选择性（对常见干扰物响应可忽略）和长期稳定性（30天后响应保持95%以上）。

结论

本研究成功开发了一种基于MXene-SWCNHs-Cu@β-CD-MOF纳米复合材料的高性能电化学传感器，用于灵敏检测CHL残留。这种杂化材料结合了MXene-SWCNHs-Cu优异的导电性和催化活性，以及β-CD-MOF的分子识别能力和丰富的活性位点，创建了一个高效的传感平台。优化后的传感器表现出卓越的分析性能，包括：宽线性范围、低检测限、高选择性、良好重现性和长期稳定性，为实际样品中CHL残留的检测提供了可靠方案。