类似花朵结构的SnO?作为电化学传感平台，用于高灵敏度检测过氧化氢和水合肼

《Microchemical Journal》：Flower-like SnO 2 as electrochemical sensing platform for highly sensitive hydrogen peroxide and hydrazine hydrate detection

三维花状SnO?纳米结构通过溶热法制备，构建非酶电化学传感器，实现对过氧化氢（0.006–1.55 mM）和联氨水合物（0.002–5.35 mM）的高灵敏度检测（检测限1.7 μM和0.305 μM），具备抗干扰能力及长稳定性。

　　在当前的工业生产和生物医学领域，过氧化氢（H?O?）和水合肼（N?H?·H?O）作为重要的化学物质，具有广泛的应用价值。然而，它们的过量暴露可能对环境和人类健康造成严重的威胁。因此，开发一种能够快速、灵敏且同时检测这两种物质的分析方法，对于确保环境安全和保护人类健康具有重要意义。近年来，基于金属氧化物半导体的电化学传感器因其响应迅速、操作简便以及成本低廉等优点，逐渐成为检测痕量物质的重要手段。其中，二氧化锡（SnO?）因其独特的电子结构和优异的电催化活性，被认为是构建高性能电化学传感器的理想材料。

SnO?基电化学传感器的制备和应用已经取得了一系列进展。通过不同的合成方法，如掺杂、复合结构的构建或纳米结构工程，研究人员能够显著提升SnO?材料的传感性能。例如，有研究通过合成钯-银共掺杂的SnO?纳米颗粒并将其沉积在铂电极上，实现了对叶酸的高灵敏度检测；也有研究采用微波辅助法合成铜掺杂的SnO?纳米颗粒，开发出具有高选择性和灵敏度的传感器用于叶酸的测定。此外，还有团队利用花状二氧化锰-二氧化锡@还原氧化石墨烯（Mn-SnO?@rGO）纳米复合材料对水、蛋和牛奶样品中的甲硝唑进行检测，显示出良好的应用前景。与此同时，基于SnO?/氧化铈（CeO?）/玻璃碳电极（GCE）的传感器也被用于水合肼的检测，表现出优异的灵敏度、稳定性和可重复性。

这些研究表明，SnO?材料的性能与其晶体取向、缺陷密度以及形貌特征密切相关。不同的结构设计和合成方法能够有效调控SnO?的表面吸附能力和电子转移效率，从而优化其电化学传感性能。基于这一原理，本研究采用了一种简便的溶剂热法，成功合成了具有三维花状结构的介孔SnO?纳米材料。该材料由相互连接的纳米棒自组装而成，具有较大的比表面积和丰富的孔道结构，这不仅为物质提供了更多的活性位点，还促进了物质的高效传输，显著提升了电化学检测的灵敏度和选择性。

为了进一步验证所合成SnO?材料的结构特性，研究人员通过X射线衍射（XRD）技术对其晶体结构进行了分析。XRD图谱显示，SnO?的衍射峰出现在26.8°、34.1°、38.1°、52.0°、54.9°、58.1°、61.9°、64.9°和66.0°等位置，这些峰与SnO?的（110）、（101）、（200）、（211）、（220）、（002）、（310）、（112）和（301）晶面相对应。这一结果表明，所合成的SnO?材料具有高度结晶性，其结构特征符合预期的花状介孔结构。此外，X射线光电子能谱（XPS）分析也被用于确定材料的化学组成及其Sn和O元素的价态。XPS结果进一步揭示了SnO?材料中Sn和O元素的分布情况，为后续的电化学性能研究提供了理论依据。

在实际应用中，该花状介孔SnO?材料被用于修饰玻璃碳电极（GCE），构建了一种非酶催化型的电化学传感平台。这种传感器能够同时检测H?O?和N?H?·H?O，并且在检测过程中无需依赖酶或贵金属材料，极大地降低了成本并提高了检测的可行性。实验结果表明，该传感器在H?O?检测中表现出宽广的线性范围（0.006–1.55?mM和1.55–7.55?mM），并且具有极低的检测限（1.7?μM）。对于N?H?·H?O的检测，其线性范围为0.002–5.35?mM，检测限为0.305?μM。这些性能指标表明，该传感器在灵敏度和选择性方面均表现出色。

此外，该传感器在实际应用中还展现出良好的重复性和长期稳定性。即使在多次检测和长时间运行后，其电化学响应依然保持一致，说明其具有较高的可靠性和耐用性。在检测过程中，该传感器对常见的共存物质（如抗坏血酸、尿酸和葡萄糖）表现出优异的抗干扰能力，这使得其在复杂样品中的应用成为可能。在实际环境中，样品往往包含多种成分，因此，传感器的选择性至关重要。本研究中的SnO?修饰电极能够有效区分H?O?和N?H?·H?O，避免了其他物质对检测结果的干扰，从而提高了检测的准确性。

从实际应用的角度来看，该花状介孔SnO?传感器具有广阔的前景。首先，它能够用于环境监测，特别是在水体和土壤污染检测方面。由于H?O?和N?H?·H?O在工业生产中广泛存在，其过量排放可能对生态环境造成严重影响。通过该传感器，可以快速检测这些物质的浓度，从而为污染治理提供数据支持。其次，该传感器在生物医学领域的应用也值得关注。H?O?作为典型的活性氧物种，在多种生理和病理过程中起着重要作用。其浓度的异常变化可能与某些疾病的发展密切相关，例如癌症。因此，开发一种高灵敏度、高选择性的检测方法对于疾病的早期诊断和治疗监测具有重要意义。同样，N?H?·H?O作为一种潜在的致癌物质，其在体内的积累可能对神经系统和多个器官造成损害，因此，对其浓度的监测也是生物医学研究中的重要课题。

除了上述应用，该传感器还可能用于其他领域的分析检测。例如，在食品工业中，H?O?和N?H?·H?O可能作为添加剂或污染物存在，因此，快速、准确的检测方法对于食品安全保障至关重要。此外，在能源存储和转化领域，H?O?和N?H?·H?O可能作为反应物或产物参与某些化学过程，因此，对其浓度的实时监测有助于优化反应条件并提高能源利用效率。

值得注意的是，该研究不仅在材料合成方面取得了突破，还在电化学传感技术的优化上提供了新的思路。传统的电化学传感器往往依赖于酶或贵金属催化剂，这不仅增加了成本，还可能带来一定的生物安全风险。而本研究中所采用的SnO?材料则避免了这些问题，使其成为一种更加安全、经济且高效的传感材料。同时，该材料的合成方法简单，适合大规模生产和应用，这为其在实际环境中的推广奠定了基础。

综上所述，本研究通过设计和合成具有三维花状结构的介孔SnO?纳米材料，成功构建了一种非酶催化型的电化学传感器，用于H?O?和N?H?·H?O的同步检测。该传感器在灵敏度、选择性、重复性和长期稳定性等方面均表现出色，同时具备良好的抗干扰能力。这些性能使得该传感器在环境监测和生物医学分析等领域具有广泛的应用潜力。未来，随着材料科学和电化学技术的不断发展，类似的非酶催化型传感器有望在更多领域得到应用，为环境保护和人类健康提供更加可靠的技术支持。