可持续工程化花粉衍生碳点用于高效多金属离子传感

研究人员针对重金属离子检测的高成本和技术瓶颈，开发了基于木槿和蟛蜞菊花粉的碳点(CDs)绿色合成方法。通过微波辅助技术制备的H-CDs和S-CDs分别对Fe2+/Ni2+和Fe2+/Co2+具有选择性检测能力，检测限达0.22-0.38 ppm，为环境监测提供了可持续解决方案。

　　

重金属污染已成为威胁生态系统和人类健康的重大环境问题，其中铁(Fe²⁺)、镍(Ni²⁺)和钴(Co²⁺)等离子体在过量时会导致细胞损伤、心血管疾病甚至癌症。传统检测方法如原子吸收光谱(AAS)虽精确但成本高昂且操作复杂，而量子点传感器又面临重金属毒性问题。在此背景下，印度理工学院甘地讷格尔分校的研究团队创新性地利用两种热带植物——木槿(Hibiscus rosa-sinensis)和蟛蜞菊(Sphagneticola trilobata L.)的花粉，通过微波辅助绿色合成技术制备出具有特异性的碳量子点(CDs)，相关成果发表在《Microchemical Journal》。

研究采用微波辅助法快速合成CDs，通过UV-Vis、XRD、FTIR和HRTEM等技术表征材料特性，荧光光谱分析检测金属离子敏感性。实验选用校园采集的花粉为原料，经去离子水清洗后，在微波反应器中碳化处理，所得CDs通过光谱学手段系统评估其与金属离子的相互作用机制。

光学特性分析显示两种CDs在266 nm处均出现π→π*跃迁特征峰，H-CDs和S-CDs的量子产率分别为21.3%和23.6%。HRTEM证实其具有0.32 nm晶格间距的准球形结构，粒径小于15 nm。金属离子检测实验表明，H-CDs对Fe²⁺和Ni²⁺的检测限分别为0.24 ppm和0.22 ppm，S-CDs则对Fe²⁺和Co²⁺更敏感（0.34 ppm和0.38 ppm），荧光猝灭包含静态与动态双重机制。结构表征通过FTIR揭示了CDs表面丰富的-OH、-COOH等含氧官能团，XRD图谱显示典型的无定形碳特征峰。

该研究首次证实花粉衍生CDs在金属离子传感中的应用价值，其优势体现在三方面：原料采用可再生生物废弃物，合成过程符合绿色化学原则；微波技术大幅降低能耗；检测性能媲美传统方法。Parul Singh等作者指出，这种材料在环境监测、生物成像等领域具有广阔前景，未来结合机器学习(ML)优化合成参数可进一步提升性能。研究不仅为重金属检测提供了可持续解决方案，更开辟了生物质碳材料在光学传感领域的新应用途径。