基于固态法制备的g-C3 N4 @CeO2 /CdO纳米复合材料用于高效电化学检测环境致癌物4-硝基苯酚

针对环境水体中致癌物4-硝基苯酚(4-NP)的检测难题，沙特阿拉伯研究团队开发了g-C3 N4 @CeO2 /CdO纳米复合修饰电极。通过固态合成技术制备的该传感器展现出2.4-7.5μM检测范围和0.45μM检测限，在水样检测中回收率达99.33-99.57%，为环境污染物监测提供了高灵敏度、高稳定性的电化学解决方案。

　　

在环境污染日益严重的今天，4-硝基苯酚(4-NP)作为美国环保署(EPA)重点监控的优先污染物，其检测技术面临重大挑战。这种广泛存在于农药、医药中间体和工业废水中的致癌物，不仅具有环境持久性，更可能通过生物累积引发头痛、紫绀等急性中毒症状。传统检测方法如高效液相色谱(HPLC)和毛细管电泳虽有一定效果，但存在设备昂贵、操作复杂等局限。为此，沙特阿拉伯伊玛目穆罕默德·本·沙特伊斯兰大学的研究团队创新性地开发了基于g-C₃
N₄
@CeO₂
/CdO纳米复合材料的电化学传感器，相关成果发表在《Inorganic Chemistry Communications》上。

研究团队采用固态合成技术在600°C下制备了g-C₃
N₄
@CeO₂
/CdO纳米复合材料，通过5% Nafion粘合剂将其修饰于玻碳电极(GCE)表面。关键技术包括：紫外-可见光谱(UV-vis)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)表征材料光学性能，扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)分析形貌，X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)验证晶体结构，比表面积测试(BET)评估孔隙结构，并采用循环伏安法(CV)、线性扫描伏安法(LSV)和电化学阻抗谱(EIS)系统评价传感器性能。

【材料与方法】
研究选用Ce(SO₄
)₂
和CdCl₂
作为金属前驱体，通过碱性条件下固态反应构建三元纳米复合材料。FTIR谱图中653cm^-1
处的M-O键特征峰证实了Ce-O/Cd-O键的形成，而1550cm^-1
处的C=N伸缩振动则验证了g-C₃
N₄
的成功复合。

【功能与光学表征】
UV-vis分析显示复合材料具有拓宽的光吸收边带，表明其增强的电荷分离效率。SEM图像呈现均匀的纳米颗粒聚集形态，XRD图谱中25.8°的特征峰对应g-C₃
N₄
的(002)晶面，证实了材料的结晶完整性。

【电化学性能】
在0.1M PBS缓冲液中，修饰电极对4-NP的氧化峰电流显著增强。LSV测试显示在2.4-7.5μM范围内呈现良好线性关系，灵敏度达0.45μM，显著优于EPA规定的0.14μM限值要求。干扰实验表明该传感器对常见共存物质如K⁺
、Na⁺
等具有优异选择性。

【实际应用】
对加标环境水样的检测回收率稳定在99.33-99.57%之间，RSD小于2.1%，证实了方法的可靠性。传感器在30天储存后仍保持92.6%的初始响应，展现出卓越的稳定性。

这项研究通过巧妙组合g-C₃
N₄
的催化活性、CeO₂
的氧化还原特性(Ce³⁺
/Ce⁴⁺
)和CdO的窄带隙优势(2.3eV)，构建了高性能电化学传感平台。Umer Shahzad等研究者不仅解决了传统4-NP检测方法成本高、耗时长的问题，更为环境污染物监测提供了可推广的技术范式。该工作被沙特阿拉伯科研资助机构IMSIU列为重点支持项目，其开发的固态合成策略为其他重金属氧化物复合材料的制备提供了重要参考。特别值得注意的是，传感器在保持高灵敏度的同时避免了贵金属的使用，体现了绿色化学理念，对发展中国家水质监测具有特殊实用价值。