新型B:CNWs/BDD复合电极的研制及其在食品和水样中除草剂现场电化学检测的应用

本研究针对剧毒除草剂百草枯(PQ)的现场检测难题，开发了硼掺杂碳纳米墙/金刚石(B:CNWs/BDD)复合电极材料。通过优化沉积参数，结合FE-SEM、C-AFM和拉曼光谱表征，证实该传感器具有46.57 nM的超低检测限(LOD)，在椰子水、苹果汁等实际样品中表现出优异回收率，为微电子模块集成提供了创新解决方案。

　　

【研究背景】
百草枯(Paraquat, PQ)作为全球130多个国家使用的剧毒除草剂，其WHO规定的饮用水安全限值仅为38 nM。这种难以降解的双吡啶类化合物会引发肺纤维化、肾衰竭等严重健康问题，已在欧盟等32个国家被禁用。然而农业滥用导致食品污染事件频发，现有检测技术难以满足现场快速筛查需求。传统碳基电极材料如石墨烯虽具有良好电子传递性能，但存在稳定性不足的问题。

【研究团队与方法】
由印度 Shiv Nadar 卓越研究院、波兰格但斯克理工大学组成的联合团队在《Materials Today Chemistry》发表研究，创新性地将硼掺杂碳纳米墙(B:CNWs)的高比表面积特性与硼掺杂金刚石(BDD)的宽电位窗口优势结合，通过微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)构建分层复合材料。研究采用四组生长参数组合(30/60、60/60、30/30、60分钟)，通过场发射扫描电镜(FE-SEM)观察形貌，导电原子力显微镜(C-AFM)定位活性位点，结合拉曼光谱分析sp³
/sp²
杂化比例，最终通过差分脉冲伏安法(DPV)评估传感性能。

【研究结果】

1. 表面形貌分析
   FE-SEM显示60分钟BDD生长期能形成完整金刚石相，30/60分钟组呈现独特的"纳米刀片"结构，B:CNWs作为骨架引导BDD晶粒定向生长。C-AFM证实电荷转移主要发生在晶界边缘，电流信号强度达45 nA。

2. 拉曼光谱特征
   1332 cm^-1
   处的金刚石特征峰与1580 cm^-1
   的G峰强度比显示，60分钟BDD沉积组sp³
   含量提升37%。2D峰(2700 cm^-1
   )的出现与传感器稳定性下降相关。

3. 电化学性能
   最优参数组(30/60分钟)在0.1 M PBS缓冲液中表现出46.57 nM的LOD，线性范围0.1-100 μM，响应时间<3秒。实际样品检测回收率达96.2-103.8%，抗干扰实验显示对Ca²⁺
   、Mg²⁺
   等常见离子具有优异选择性。

【结论与意义】
该研究首次实现B:CNWs/BDD复合材料的可控生长与活性位点精准调控，其创新点在于：① 通过sp³
-sp²
杂化协同效应将电子转移速率提升2个数量级；② 利用BDD基底抑制碳纳米墙的氧化降解，使使用寿命延长至120次循环；③ 开发的微电子模块可直接连接智能手机实现读数，符合WHO对现场检测设备的需求。这项工作为发展新一代农残检测装备提供了材料基础，相关技术可扩展至其他双吡啶类污染物的监测领域。