基于高煅烧Er2O3纳米颗粒修饰Nafion/GCE的电催化检测双酚A技术及其环境可持续性研究

《Microchemical Journal》：Electrocatalytic detection of bisphenol a based on highly calcined Er 2O 3 nanoparticles modified Nafion/GCE for environmental sustainability

本刊推荐一项电化学传感创新研究：针对环境水体中双酚A（BPA）污染难题，研究团队开发了高煅烧Er2O3纳米颗粒修饰Nafion/玻碳电极（GCE）传感器。该传感器展现出0.1 nM-0.01 M的宽线性范围、0.093 nM的超低检测限（LOD）及10.12 μAμM?1cm?2的高灵敏度，为环境污染物痕量检测提供了低成本、高稳定性解决方案。

　　

随着工业化和城市化进程加速，双酚A（BPA）作为一种广泛用于塑料制品生产的化学物质，正通过废水排放、塑料降解等途径持续侵入水体环境。这种具有雌激素效应的环境激素，即使浓度低至微克每升水平，仍可能诱发生物体生殖障碍、代谢紊乱甚至癌症风险。更严峻的是，传统水处理工艺难以有效去除BPA，导致其成为潜伏在饮用水系统中的“隐形杀手”。当前检测BPA的色谱、质谱等技术虽精度较高，但存在设备昂贵、操作复杂、时效性差等局限，难以满足环境水体实时监测需求。

在这一背景下，发表于《Microchemical Journal》的研究论文提出了一种创新解决方案：利用稀土氧化物Er₂O₃纳米材料构建高灵敏度电化学传感器。该研究首次将高温煅烧法制备的Er₂O₃纳米颗粒（NPs）应用于BPA电催化检测，通过材料纳米化策略显著提升传感器性能。研究表明，Er₂O₃独特的立方晶体结构与4f电子构型赋予材料优异电子转移能力，而纳米尺度效应则大幅增加活性比表面积，为BPA分子提供更多反应位点。

研究团队采用湿化学法合成Er₂O₃ NPs，通过紫外-可见光谱（UV-Vis）、X射线光电子能谱（XPS）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）等技术表征材料光学性质与晶体结构，利用场发射扫描电镜（FESEM）观察形貌特征。传感器构建采用Nafion膜固定Er₂O₃ NPs于玻碳电极（GCE）表面，通过电流-电位（I-V）法评估电催化性能，并系统考察检测线性范围、灵敏度、选择性等指标。

材料表征结果

UV-Vis光谱显示Er₂O₃ NPs在311 nm处存在特征吸收峰，Tauc图谱计算得带隙能为4.12 eV，表明材料具备半导体特性。XRD图谱确认样品为立方晶系结构，FESEM显示纳米颗粒呈球形且分布均匀，尺寸集中于100-200 nm范围。XPS分析进一步验证Er³⁺的化学态存在，FTIR光谱中观察到的Er-O特征振动峰（512 cm^-1）证实氧化物形成。热重分析（TGA）表明材料在高温下具有良好热稳定性。

电化学性能分析

Er₂O₃-NPs/Nafion/GCE传感器对BPA展现出卓越电催化氧化活性。在优化条件下，传感器线性检测范围覆盖0.1 nM至0.01 M的浓度跨度，检测限（LOD）低至0.093 nM，定量限（LOQ）为0.31 nM，灵敏度达10.12 μAμM^?1cm^?2。选择性实验中，传感器对BPA的响应信号显著高于肼类、硝基酚类等10种常见干扰物，证明其特异性识别能力。稳定性测试显示，传感器在30天储存后仍保持92.5%初始响应，且连续扫描50次后电流信号衰减不足5%。

实际应用验证

通过加标回收实验评估传感器在实际水样中的可靠性。在河水、自来水样本中，BPA回收率介于97.2%-103.8%之间，相对标准偏差（RSD）小于3.5%，表明方法具备实际应用潜力。与既往报道的Er掺杂材料传感器相比，本研究采用的纯相Er₂O₃材料避免了掺杂工艺复杂性，同时保持更优的检测性能。

本研究成功开发了基于纯相Er₂O₃纳米材料的BPA电化学传感器，突破传统掺杂材料的局限性。传感器展现的宽线性范围、超低检测限与高选择性，使其具备成为环境监测现场检测工具的潜力。特别值得关注的是，材料制备采用湿化学法，工艺简便且成本可控，契合环境可持续性需求。该研究不仅为BPA检测提供新技术路径，更为稀土氧化物在电分析化学领域的应用开辟新方向，对推动环境污染物快速监测技术发展具有重要意义。未来研究可进一步探索传感器阵列化设计与便携式设备集成，实现在线连续监测目标。