相工程调控的金@二氧化锆纳米复合材料用于芦丁的超灵敏检测

针对ZrO2材料在电化学传感中相稳定性与催化活性难以协同的难题，研究人员通过相工程策略设计Au@ZrO2纳米复合材料，实现芦丁的超灵敏检测（灵敏度109.6?μA?μM?1，检测限3.3?nM）。该研究揭示了Au诱导ZrO2从亚稳态四方相（t-ZrO2）向热力学稳定单斜相（m-ZrO2）转变的机制，并通过界面电荷重分布提升电子传递效率，为食品医药检测提供新方案。

　　

在食品和药品质量控制领域，芦丁（rutin）作为植物源性抗氧化剂和抗炎成分的检测至关重要。然而传统色谱法和光谱法存在操作繁琐、成本高、灵敏度不足等问题，而电化学传感器虽具便携优势，却受限于电极材料的催化活性和稳定性。特别是二氧化锆（ZrO₂）材料，其亚稳态四方相（t-ZrO₂）易发生结构退化，而热力学稳定的单斜相（m-ZrO₂）又难以保持高反应活性，这一矛盾长期制约其传感性能。

为解决这一难题，新疆阿拉尔市的研究团队创新性地将金纳米粒子（AuNPs）与ZrO₂复合，开发出Au@ZrO₂纳米复合材料。研究发现，AuNPs不仅能诱导ZrO₂从t-ZrO₂向m-ZrO₂的相变，还通过形成Zr-O-Au界面键显著提升电子转移速率。该材料修饰的电极对芦丁的检测灵敏度达到109.6?μA?μM^?1，检测限低至3.3?nM，且在实际样品（杏汁和番茄汁）中回收率达99.78–101.2%，相关成果发表于《Microchemical Journal》。

关键技术方法
研究采用溶剂热法合成ZrO₂基底，通过化学还原负载AuNPs；利用X射线衍射（XRD）和高分辨透射电镜（HRTEM）表征相变过程；通过X射线光电子能谱（XPS）分析界面电子结构；采用循环伏安法（CV）和差分脉冲伏安法（DPV）评估电化学性能；以市售杏和番茄为实际样本验证应用潜力。

研究结果

1. 形貌与结构表征
   SEM显示原始ZrO₂为三维纳米颗粒聚集体，HRTEM证实Au负载后晶格间距从0.296?nm（t-ZrO₂的(101)晶面）转变为0.316?nm（m-ZrO₂的(111)晶面），XRD进一步验证了相变过程。

2. 界面电子调控
   XPS表明Au-ZrO₂界面存在电子转移，Au 4f轨道结合能正移0.3?eV，Zr 3d轨道负移0.2?eV，证实电荷重新分布促进催化活性。

3. 电化学性能
   Au@ZrO₂电极的电子转移速率常数（k_s）达1.72×10^?3?cm?s^?1，比纯ZrO₂提升4.6倍。抗干扰实验显示对多巴胺、抗坏血酸等物质的响应信号偏差<5%。

结论与意义
该研究通过相工程策略成功协调了ZrO₂的稳定性与催化活性矛盾，建立的Au@ZrO₂传感平台不仅为芦丁检测提供新方法，更开创了通过贵金属-氧化物界面设计调控材料相变行为的普适性思路。第一作者Dong Sun等强调，该技术可拓展至其他生物活性分子检测领域，对食品安全和药物分析具有重要应用价值。