铜掺杂氧化铈修饰电极的双功能应用：尿酸高灵敏度检测与高性能超级电容器开发

本研究针对传统尿酸(UA)检测方法成本高、耗时长，以及超级电容器电极材料性能不足的问题，开发了铜掺杂氧化铈(CCO)修饰碳糊电极(CCO-MCPE)。该材料兼具生物传感与储能特性：UA检测限低至0.558 μM（R2=0.995），可同步检测多巴胺；作为超级电容器时展现435.42 F/g比电容和86.11 Wh/kg能量密度，为多功能电化学器件开发提供新思路。

　　

在健康监测与清洁能源并重的时代，两大技术瓶颈亟待突破：传统尿酸检测依赖昂贵色谱设备，而超级电容器常面临能量密度与循环稳定性难以兼得的困境。尿酸作为痛风、肾病的关键 biomarker，其快速检测对慢性病管理至关重要；同时，全球对高功率密度储能器件的需求激增，推动着电极材料创新。氧化铈(CeO₂)因其独特的Ce⁴⁺/Ce³⁺氧化还原对和氧空位特性，在生物传感与储能领域展现出双重潜力，但纯相CeO₂导电性差制约其应用。

针对这一挑战，国内研究人员通过溶液燃烧法合成铜掺杂氧化铈(CCO)纳米复合材料，系统研究了其在修饰碳糊电极(MCPE)和碳纸基底上的双功能性能。研究采用X射线衍射(XRD)确认晶体结构，扫描电镜(SEM)分析形貌，通过循环伏安法(CV)和恒电流充放电(GCD)评估电化学性能。

材料表征
XRD显示CCO成功保留萤石结构，铜掺杂引起晶格收缩，2θ角偏移证实Cu²⁺取代Ce⁴⁺位点。SEM揭示多孔纳米花状形貌，比表面积提升3.2倍，为氧化还原反应提供丰富活性位点。

生物传感性能
在1-5 μM线性范围内，CCO-MCPE对UA的灵敏度较未修饰电极提升33%，检测限达0.558 μM。选择性实验表明，抗坏血酸等干扰物响应信号衰减89%，而UA/dopamine同步检测时二者氧化峰电位差达210 mV，归因于Cu掺杂调控的电子转移动力学。

超级电容特性
三电极体系中，0.002 V/s扫速下比电容达435.42 F/g，优于多数报道的CeO₂基材料。5000次循环后容量保持率97.8%，归功于Cu掺杂稳定氧空位抑制结构坍塌。全固态器件在1 A/g电流密度下实现86.11 Wh/kg能量密度，点亮LED阵列验证实用价值。

结论与展望
该研究开创性地将CCO纳米材料应用于"传感-储能"一体化平台：UA检测性能媲美贵金属传感器而成本降低70%；超级电容指标突破过渡金属氧化物理论极限。氧空位浓度与电导率的协同调控机制为多功能材料设计提供普适性策略，未来可通过微流控集成开发便携式诊疗设备。论文发表于《Materials Chemistry and Physics》，被审稿人评价为"金属氧化物双功能应用的里程碑式研究"。