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本文聚焦于异质结复合材料在电化学传感器中的应用。详细阐述了异质结界面基本机制，介绍其制备技术，探讨在检测重金属离子（HMIs）、有机污染物、生物分子等方面的应用，同时分析面临的挑战，为相关领域研究提供重要参考。
引言
近年来，电化学传感器在检测环境污染物、生物分子等关键分析物方面备受关注。其工作基于氧化还原反应，依赖电极与分析物界面的有效电子转移。随着对传感器高灵敏度、选择性和稳定性要求的提升，用先进材料修饰电极成为极具潜力的策略。
异质结复合材料在提升电分析性能方面展现出卓越潜力。它由两种或更多不同材料组合而成，凭借高效电荷分离（在异质结界面实现电子和空穴的有效空间分离）、强大的氧化还原活性以及出色的界面动力学（增强载流子在材料界面的移动）等独特性质，能在检测多种分析物时提高灵敏度、选择性和稳定性。
异质结的功能主要取决于载流子的有效分离和转移，这一过程受不同材料界面能带排列的显著影响。根据组成和载流子转移机制，异质结可大致分为半导体 - 金属异质结（如肖特基结，利用材料间费米能级差异产生内建电场 IEF，助力载流子定向移动）和半导体 - 半导体异质结（如 II 型和 Z 型体系，通过设计促进载流子特定的复合或分离，优化氧化还原过程以提升电化学活性）。这些机制不仅改善了载流子动力学，还放大了电化学响应，使基于异质结的传感器非常适合在复杂环境或化学基质中实时监测有害物质。
材料合成技术的发展，如溶剂热合成、电沉积和化学气相沉积（CVD），拓宽了异质结的可能构型，推动了异质结复合材料的制备，拓展了其在环境传感、能量转换和存储技术等领域的应用。
目前，异质结复合材料在电化学传感中的应用日益受到关注，尤其是在检测重金属离子（HMIs，如 Pb2+和 Hg2+，因其毒性和在生态系统中的持久性，对环境和公众健康构成重大威胁，急需能检测超低浓度此类污染物的传感器）、有机污染物（如酚类化合物和农药，在环境中广泛存在，会产生长期有害影响，凸显创新传感技术用于实时监测的重要性）和生物分子（如神经递质和蛋白质，异质结材料的先进电子性能和高比表面积有助于在复杂生物基质中更精确、选择性地检测，拓展了其在生物医学诊断中的应用范围）方面。
然而，基于异质结的电化学传感器在开发和实际应用中仍面临挑战。确保异质结复合材料的可重复性、可扩展性以及在实际操作条件下的长期稳定性是关键难题，阻碍了这些技术的广泛商业应用。此外，对异质结界面电荷转移和氧化还原过程基本机制的深入理解仍是研究热点，先进计算技术（如密度泛函理论 DFT）有助于为优化传感器性能和开发更高效传感平台提供指导。
异质结的定义
异质结是材料科学发展中的关键结构，广泛用于提升光催化和电化学传感性能。从两个维度对其进行分类：从组成性质角度，可分为半导体 - 金属结和半导体 - 半导体结。这些结构对调节电子性质和产生内建电场（IEF）至关重要。
用于有害物电化学检测的异质结复合材料
在了解基本机制后，异质结复合材料因其优异的电荷转移特性和增强的氧化还原活性，在电化学检测中的应用不断拓展，涵盖了重金属离子（HMIs）、有机污染物和生物分子等多种有害物质。
总结与展望
使用异质结复合材料的电化学传感器在检测有害物质（如 HMIs、有机污染物、生物分子和其他环境污染物）方面取得了显著进展。异质结结构中金属氧化物、碳基材料和二维材料等的组合，实现了更好的电荷转移、更高的灵敏度和更强的选择性。但仍需在材料制造和理论建模方面持续创新，以充分发挥其在环境监测和分析中的潜力。
