基于电镀沉积工艺的氧化铱薄膜柔性海洋pH传感器研发及其高稳定性监测应用

【编辑推荐】针对海洋酸化监测需求，黑龙江大学团队通过电镀沉积工艺在聚酰亚胺基底上制备氧化铱(IrO2)薄膜电极，开发出具有超能斯特响应(?73.64 mV/pH)、快速响应(18.16 s)和强环境耐受性的柔性pH传感器，解决了传统玻璃电极易碎、响应慢的痛点，为复杂海洋环境监测提供新方案。

　　

海洋生态系统正面临前所未有的酸化危机。随着全球二氧化碳排放量持续增加，海水吸收过量CO₂导致pH值下降，这不仅会释放沉积物中的重金属，还会破坏贝类钙化过程和珊瑚礁结构。然而，传统玻璃pH电极存在体积大、易破损、在碱性条件下响应慢等问题，难以满足海洋长期监测需求。金属氧化物传感器虽具潜力，但如何兼顾高灵敏度与环境稳定性仍是挑战。

黑龙江大学Yanmei Sun团队在《Microchemical Journal》发表的研究，创新性地采用电镀沉积工艺在柔性聚酰亚胺基底上制备氧化铱薄膜，开发出性能优异的海洋pH传感器。研究人员通过优化IrCl₄·xH₂O与草酸的电解液配方，经50次循环伏安法沉积形成活性层，利用X射线光电子能谱(XPS)证实薄膜中Ir³⁺/Ir⁴⁺氧化还原对的共存，这是实现超能斯特响应的关键。

【传感器性能】
• 灵敏度突破：在3-10 pH范围内呈现?73.64 mV/pH的超能斯特响应，远超理论值(?59.16 mV/pH)，这归因于Ir₂O₃·xH₂O与IrO₂·xH₂O的双层膜协同效应。
• 快速响应：仅需18.16秒即可达到稳态，比传统玻璃电极快3倍，得益于薄膜的纳米多孔结构加速了质子迁移。
• 环境鲁棒性：在温度变化(?1.6 mV/°C)和离子强度波动(<5 mV漂移)下保持稳定，通过循环测试(3?6和8?10 pH)验证了100次循环后仍保持95%初始灵敏度。

【实际验证】
在模拟海水和真实海水样本测试中，传感器与标准玻璃电极的测量偏差<0.05 pH单位，且在30天连续监测中信号衰减<2%。这种性能使其特别适用于珊瑚礁生态监测、深海探测等场景。

该研究通过创新性的电镀工艺实现了三个突破：首先，柔性基底设计解决了传感器微型化和抗机械冲击问题；其次，氧化铱薄膜的独特电化学特性使其兼具高灵敏度和环境耐受性；最后，简易的制备工艺(成本降低40%)为大规模海洋监测网络建设提供可能。研究不仅为海洋酸化机制研究提供了可靠工具，其温度自补偿特性(?1.6 mV/°C)更拓宽了在极地、热液喷口等极端环境的应用前景。后续研究可进一步探索传感器在生物污损防护和深海高压条件下的长期稳定性优化。