基于镍基金属有机框架的纳米复合材料电化学传感器实现水体中铅铜离子的高灵敏同步检测

针对传统重金属检测方法操作复杂、耗时长、成本高的问题，本研究开发了基于PAMAM/Ni-MOFs纳米复合材料的电化学传感器。通过SWASV技术实现了水体中Pb2+和Cu2+的同步检测，检测限分别达1.21 μg/L和0.77 μg/L，具有优异的选择性（ΔI<17%）和稳定性（30天信号保留>95%），为环境监测提供了便携高效的解决方案。

　　

随着全球制造业快速发展，矿产过度开采和工业废水违规排放导致重金属污染日益严重。铅(Pb²⁺)会损害脑细胞发育，引发儿童智力障碍和心血管疾病；铜(Cu²⁺)过量则与肾脏疾病密切相关。传统检测方法如原子吸收光谱(AAS)和电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)虽精度高，但存在设备昂贵、操作复杂等局限。

西安交通大学生物物理学团队在《Sensors and Actuators B: Chemical》发表研究，开发出基于聚酰胺-胺树枝状大分子/镍基金属有机框架(PAMAM/Ni-MOFs)的纳米复合材料传感器。该团队通过一步合成法制备的复合材料兼具Ni-MOFs的高导电性(2-40 S/cm)和PAMAM的丰富氨基位点，采用方波阳极溶出伏安法(SWASV)在7分钟内完成Pb²⁺和Cu²⁺同步检测，检测限显著低于WHO饮用水标准（Pb²⁺ 1.21 vs 10 μg/L；Cu²⁺ 0.77 vs 2000 μg/L）。

关键技术包括：1）PAMAM/Ni-MOFs纳米复合材料的溶剂热合成；2）玻碳电极(GCE)修饰技术；3）SWASV参数优化；4）抗干扰测试（10倍浓度干扰物）；5）30天稳定性评估。

【材料表征】SEM显示Ni-MOFs具有91.84 m²/g比表面积，PAMAM修饰后增至98.87 m²/g，XPS证实材料成功负载氨基和羧基。

【性能测试】传感器在1-100 μg/L范围内线性良好，对Pb²⁺/Cu²⁺的灵敏度分别为1.21/0.77 μg/L。10倍浓度Cd²⁺、Hg²⁺等干扰下信号变化<17%，5支电极间RSD<3.56%。

【实际应用】30天后信号保留率>95%，成功用于工业废水检测，回收率98.2-103.7%。

该研究通过π-d轨道杂化机制提升电子迁移效率，PAMAM的氨基与重金属空d轨道形成配位键实现特异性吸附。相比传统方法，该传感器兼具便携性（尺寸15×6×2 cm）和低成本（单次检测<0.5美元），为环境监测提供了突破性解决方案。通讯作者Liping Du和Chunsheng Wu指出，该技术可扩展至其他重金属检测，目前已申请中国发明专利（ZL202310456789.X）。