卟啉-纳米零价铁/石墨烯异质结光电化学传感器高灵敏检测氯霉素的协同机制研究

针对抗生素残留检测中灵敏度不足的问题，研究人员通过绿色合成nZVI/GNPs（纳米零价铁/石墨烯纳米片）并与TCPP（四羧基苯基卟啉）自组装构建异质结光电化学传感器。该传感器将CAP（氯霉素）检测限从1.77 μM降至0.87 μM，灵敏度提升至0.9439 μA·μM?1 ·cm?2 ，为环境与食品安全监测提供新策略。

　　

研究背景

抗生素滥用已成为全球公共卫生危机，氯霉素（CAP）作为高效抑菌剂虽被禁用，仍在部分农产品中检出，其残留通过食物链引发骨髓抑制和耐药性。传统检测方法如免疫分析法易受干扰，仪器分析成本高昂。光电化学（PEC）传感器因“光激发-电检测”分离的特性成为新宠，但现有材料存在可见光吸收不足、电荷复合率高的问题。

研究概述

研究人员提出一种基于卟啉纤维与纳米零价铁/石墨烯（nZVI/GNPs）异质结的PEC传感器。通过Cleistocalyx Operculatus提取物绿色合成nZVI/GNPs，并与TCPP自组装，显著提升CAP检测性能。该成果发表于《Microchemical Journal》。

关键技术方法

1. 材料合成：以植物提取物还原FeCl₃
   制备nZVI/GNPs，通过π-π堆积自组装TCPP；
2. 表征技术：SEM-EDX观察形貌，FTIR和XRD分析化学结构；
3. 电化学测试：采用三电极体系进行CV（循环伏安法）、EIS（阻抗谱）和DPV（差分脉冲伏安法）检测。

研究结果

材料表征
SEM显示nZVI粒径约30 nm，但聚集成100-200 nm簇状；TCPP纤维呈网状结构覆盖GNPs表面。XRD证实Fe⁰
特征峰，FTIR显示TCPP羧基与nZVI/GNPs的氢键作用。

光电化学性能
nZVI/GNPs/TCPP修饰电极在光照下电流响应提升3倍，电荷转移电阻降低80%。CAP检测线性范围扩展至1-50 μM（黑暗下仅5-50 μM），归因于TCPP的可见光捕获与nZVI/GNPs的Schottky势垒协同效应。

机制分析
TCPP的π共轭体系促进光生电子转移，nZVI提供活性位点还原CAP的硝基，GNPs加速电子传导并抑制复合。

结论与意义

该研究通过仿生异质结设计，将CAP检测灵敏度提高51%，检测限降低50.8%，为农产品安全监测提供低成本、高稳定性的解决方案。其绿色合成策略和协同作用机制对开发其他污染物传感器具有普适性参考价值。