MXene/β-环糊精复合材料协同增效的电化学传感器用于硝基酚异构体的高灵敏同步检测

针对硝基酚异构体（NPs）环境污染监测的难题，研究人员通过构建MXene/β-环糊精（β-CD）复合材料修饰玻碳电极（GCE），开发出高性能电化学传感器。该传感器利用MXene的高导电性、大比表面积与β-CD的主客体识别能力，实现了对邻位（o-NP）、间位（m-NP）和对位（p-NP）硝基酚的同步检测，线性范围达0.4–350 μM，检测限低至0.042 μM，兼具高选择性和稳定性，为环境污染物监测提供了新策略。

　　

硝基酚类化合物（NPs）作为医药、染料和杀虫剂的重要原料，因其高水溶性和难降解性成为环境中的高风险污染物。美国环保署（EPA）已将其列为优先控制毒物，长期暴露可引发基因突变甚至癌症。尽管现有检测技术如色谱法精度较高，但成本昂贵且难以现场应用。电化学传感技术凭借快速响应、便携等优势成为理想替代方案，但传统电极材料对结构相似的NPs异构体区分能力不足，亟需开发兼具高灵敏度和选择性的新型传感界面。

天津科技大学的研究团队在《Carbohydrate Polymers》发表研究，通过将二维材料MXene（Ti₃
C₂
T_X
）与β-环糊精（β-CD）复合，构建了可同步检测三种NPs异构体的电化学传感器。MXene提供高导电性和活性位点，β-CD通过空腔结构选择性捕获目标分子，二者电荷平衡效应进一步提升了复合材料稳定性。研究采用氟盐蚀刻法制备MXene，通过超声辅助自组装与β-CD复合，并利用TEM、SEM、XRD等技术表征材料结构。电化学测试表明，修饰电极对o-NP、m-NP和p-NP的检测限分别低至0.063 μM、0.087 μM和0.042 μM，且在实际水样中表现优异。

主要技术方法

1. 材料合成：氟化锂/盐酸蚀刻Ti₃
   AlC₂
   制备MXene，超声辅助与β-CD复合；
2. 表征技术：透射电镜（TEM）观察层状结构，X射线衍射（XRD）分析晶体相变；
3. 电化学测试：循环伏安法（CV）和差分脉冲伏安法（DPV）评估传感性能；
4. 实际应用：采集环境水样进行加标回收实验验证实用性。

研究结果

1. 材料表征：TEM显示MXene呈典型二维片层，β-CD嵌入后层间距扩大；FTIR证实-OH与MXene表面-F基团形成氢键，增强界面稳定性。
2. 电化学性能：MXene/β-CD/GCE的电荷转移电阻降低60%，氧化峰电流显著高于单一组分修饰电极，证实协同效应。
3. 检测能力：对o-NP、m-NP和p-NP的线性范围分别达0.4–350 μM、0.5–300 μM和0.5–180 μM，且能有效区分三种异构体的特征峰电位。

结论与意义
该研究通过理性设计MXene/β-CD复合材料，解决了NPs异构体同步检测的选择性难题。电荷密度分布分析揭示二者界面电子耦合是性能提升的关键。传感器在环境样本中的回收率达95.2–103.8%，为复杂基质中痕量污染物监测提供了可靠工具。这项工作不仅拓展了MXene在环境传感中的应用，也为功能化环糊精复合材料的开发提供了新思路。