氮掺杂碳量子点@α-Fe2 O3 /聚苯胺纳米复合材料电化学传感器用于镉离子检测

针对环境水体中痕量Cd2+ 污染监测难题，研究人员通过水热法和原位聚合法构建了N-CQDs@α-Fe2 O3 /PANI三元纳米复合材料。该传感器展现出750 nM的低检测限，兼具高选择性和稳定性，为重金属污染防控提供了新型解决方案。

　　

随着工业活动加剧，重金属污染已成为全球性环境危机。其中镉(Cd²⁺
)作为第七大危险物质，可通过食物链富集引发肾衰竭、骨质疏松等严重疾病。尽管现有检测技术如原子吸收光谱法精度较高，但存在设备昂贵、操作复杂等局限。电化学传感器虽成本低廉，却常面临灵敏度不足的瓶颈。如何开发兼具高灵敏度和实用性的检测材料，成为环境分析领域的关键挑战。

马杜赖卡马拉吉大学的研究团队创新性地将氮掺杂碳量子点(N-CQDs)、α相三氧化二铁(α-Fe₂
O₃
)与导电聚合物聚苯胺(PANI)复合，通过水热合成和原位聚合技术制备出N-CQDs@α-Fe₂
O₃
/PANI纳米复合材料。该研究发表于《Inorganic Chemistry Communications》，首次揭示了三元协同效应可显著提升Cd²⁺
检测性能，其检测限达750 nM，为环境重金属监测提供了新思路。

关键技术包括：1)水热法合成N-CQDs；2)原位聚合构建PANI包覆结构；3)X射线衍射(XRD)和电子显微镜(TEM/SEM)表征材料形貌；4)差分脉冲伏安法(DPV)评估电化学性能。

【材料与结构】
XRD分析显示复合材料具有24±0.03 nm的晶粒尺寸，α-Fe₂
O₃
呈现R-3c空间群的三角晶系结构。TEM证实球形N-CQDs(平均粒径5.8 nm)被不规则α-Fe₂
O₃
纳米颗粒包裹，并均匀分散在PANI基底上，这种独特结构提供了丰富的活性位点。

【性能优势】
电化学测试表明，N-CQDs的官能团(-OH/-COOH)增强了Cd²⁺
选择性吸附，α-Fe₂
O₃
的高比表面积促进离子扩散，而PANI的导电网络加速电子转移。三者协同使传感器在pH 6.0的醋酸缓冲液中呈现最佳响应，抗干扰实验显示对Pb²⁺
、Hg²⁺
等共存离子具有显著区分能力。

【应用前景】
该研究突破传统单一材料的局限：1)通过N-CQDs修饰解决α-Fe₂
O₃
导电性差的问题；2)利用PANI基质克服N-CQDs过度功能化导致的稳定性缺陷；3)三角晶系α-Fe₂
O₃
为复合材料提供机械支撑。这种"三位一体"设计策略为开发新一代环境传感器提供了范式，其简易的制备工艺更利于规模化应用。

结论部分强调，该传感器可满足WHO对饮用水Cd²⁺
限值(3 μg/L)的检测需求，特别适合现场快速筛查。未来通过优化N掺杂量和PANI聚合度，有望进一步降低检测限。研究团队S. Abinaya等人开创的纳米复合材料设计理念，不仅适用于重金属检测，还可拓展至其他环境污染物监测领域。