基于Bi2S3@CuS/GO纳米复合材料的电化学传感器实现超痕量莫比朗农药残留检测

本研究针对农产品中广泛使用的烟碱类杀虫剂莫比朗（acetamiprid）残留检测难题，开发了一种基于Bi2S3@CuS/GO修饰玻碳电极的非酶电化学传感器。通过水热法合成铋硫化物-硫化铜异质结材料，结合石墨烯氧化物（GO）增强导电性，实现了80-680nM宽线性范围与4.1nM超低检测限，为复杂基质中农药残留监测提供了简便、经济的解决方案。

　　

在农业生产中，烟碱类杀虫剂莫比朗（化学式C₁₀H₁₁ClN₄）因其高效性被广泛用于茶叶、蔬菜等作物的害虫防治。然而，这种农药会通过食物链在人体蓄积，破坏有益菌群、损伤淋巴细胞甚至导致DNA损伤。现有检测技术如高效液相色谱（HPLC）和质谱法虽准确度高，但存在设备昂贵、前处理复杂等缺陷，而酶/适体传感器又面临成本高、稳定性差的困境。

针对这一技术瓶颈，国内研究人员通过精准设计Bi₂S₃@CuS/GO三元纳米复合材料，开发出新型电化学传感器。研究采用水热法合成珊瑚状Bi₂S₃纳米颗粒（XRD证实为正交晶系，JCPDS 17-0320），并通过原位生长构建Bi₂S₃@CuS异质结（含辉铜矿相CuS，JCPDS 06-0464）。SEM显示该材料具有独特的纳米级形貌，EDX证实元素组成。通过改良Hummers法制备的GO片层（图2C）作为导电基底，将复合材料滴涂至玻碳电极表面形成0.355cm²电化学活性面积（较裸电极提升11倍）。

关键技术包括：1）水热合成金属硫化物纳米材料；2）GO复合增强导电性；3）差分脉冲伏安法（DPV）定量分析；4）实际样品（番茄汁、井水）加标回收验证；5）HPLC方法对照。

电化学性能研究

在pH=2的优化条件下，Bi₂S₃@CuS/GO电极展现出表面控制型电子转移机制（图5B），其Cu⁰/Cu⁺¹氧化还原对（0V/-0.45V）与农药分解产生协同催化。相比单一Bi₂S₃/GO电极（扩散控制型，图5A），铜掺杂使带隙降至1.4eV，显著提升电荷转移效率。通过DPV检测获得0.054μA/nM灵敏度，且抗干扰实验证实对50nM的毒死蜱、吡虫啉等常见农药交叉反应<5%（图8）。

实际应用验证

在番茄和井水样品中，加标回收率达95-105%（表2），与HPLC结果高度吻合（相关系数r>0.99）。传感器展现优异稳定性（14天信号衰减<3%）和重现性（RSD=2.37%），其性能超越已报道的适体传感器（LOD=1nM）和金纳米酶法（LOD=1.02μg/L）（表1）。

该研究创新性地将p型半导体Bi₂S₃（带隙1.5-1.8eV）与CuS复合，通过铜原子间插降低带隙，结合GO的二维导电网络，成功抑制了电极表面的析氧副反应。这种"硫化物异质结-碳材料"协同策略为农药残留检测提供了新思路，相关成果发表于《Scientific Reports》，为农产品安全监管提供了便携式检测工具。