综述：功能化纳米复合材料在电化学传感有毒环境重金属离子中的最新进展与展望

这篇综述系统阐述了纳米复合材料修饰电极在重金属离子(HMIs)电化学检测中的前沿进展。通过比较碳基材料(如石墨烯)、金属纳米颗粒(如AuNPs)及复合材料的协同效应，揭示了功能化修饰如何提升传感器的导电性、机械稳定性和活性位点数量。文章特别强调伏安法(voltammetry)在便携检测中的优势，并指出复杂环境中高选择性仍是挑战。

　　

Abstract

传统光学技术检测重金属离子(HMIs)存在成本高、难以现场应用的缺陷，而电化学方法凭借高灵敏度和便携性脱颖而出。本文聚焦纳米复合材料修饰电极的设计原理，系统梳理了近十年碳基纳米材料(如石墨烯的sp²
杂化结构)、金属纳米颗粒(如AuNPs的局域表面等离子体共振效应)及其复合体系的协同机制。功能化修饰通过增加活性位点和电子传递效率，使Pb²⁺
检测限低至0.08 nM。

Introduction

原子序数>20、密度>5 g cm^-3
的HMIs（如Pb、Hg、Cd）通过采矿废水、农药等途径污染环境，其神经毒性和致癌性（如Cr⁶⁺
致肺癌）威胁生态系统。相比ICP-MS等实验室方法，三电极系统的伏安法可实现现场快速筛查，其中工作电极的纳米修饰是关键突破点——通过硫醇基团特异性捕获Hg²⁺
，或MXene材料对Cd²⁺
的插层吸附。

Carbon-based Nanomaterials

石墨烯的π-π堆叠效应可富集芳香族污染物，而氮掺杂碳量子点通过缺陷工程将As(III)检测灵敏度提升3个数量级。值得注意的是，氧化石墨烯(GO)的羧基与Pb²⁺
络合常数达10⁸
L/mol，但过强的吸附会导致电极钝化。

Metal Nanomaterials

金纳米棒(AuNRs)的纵向等离子体吸收峰对Hg²⁺
诱导的形态变化极为敏感，而Ag@Pt核壳结构通过伽伐尼置换反应实现Cu²⁺
的ppb级检测。但金属颗粒易氧化的问题仍需通过碳包覆解决。

Complexes

MOF-808/ZIF-8异质结的微孔结构对Cd²⁺
的筛分效率达97%，而聚苯胺/碳纳米管复合材料通过氧化还原峰位移实现Cr(VI)和Cr(III)的形态区分。未来智能水凝胶电极可能实现自修复功能。

Conclusion and Prospects

虽然纳米复合材料已将Hg²⁺
检测限降至0.5 ppt（接近ICP-MS水平），但实际水体中腐殖酸的干扰仍需开发仿生识别界面。微流控芯片与机器学习算法的结合可能是下一代传感器的发展方向。