碳量子点/聚吡咯纳米复合薄膜作为石英晶体微天平甲醛传感器的高灵敏度检测研究

本研究针对室内空气污染物甲醛的高灵敏度检测需求，开发了基于碳量子点(CQDs)/聚吡role(PPy)纳米复合薄膜的石英晶体微天平(QCM)传感器。通过将CQDs嵌入PPy薄膜构建传感界面，实现了0.58–5.82 mg L?1低浓度范围的线性检测，兼具优异的选择性、重现性和稳定性，为环境监测提供了新型解决方案。

　　

甲醛作为一类明确的人类致癌物，广泛存在于装修材料、纺织品和工业制品中，世界卫生组织规定其安全暴露限值仅为80 ppb。传统检测方法如气相色谱和荧光分析虽精度较高，但存在设备昂贵、操作复杂等缺陷。针对这一难题，埃及科学院科学技术研究院（ASRT）的研究团队创新性地将碳量子点(CQDs)与导电聚合物聚吡咯(PPy)复合，开发出高性能石英晶体微天平(QCM)传感器，相关成果发表于《Materials Science and Engineering: B》。

研究采用月桂叶为碳源制备CQDs，通过原位聚合在QCM金电极表面构建PPy薄膜，再通过吸附法将CQDs嵌入聚合物网络。关键技术包括：傅里叶变换红外光谱(FTIR)表征材料官能团，X射线衍射(XRD)分析晶体结构，以及基于Sauerbrey方程的质量灵敏度计算。通过系统优化实现了室温下对甲醛蒸气的高效捕获。

【材料表征】FTIR证实CQDs表面富含-OH（3462 cm^?1）和-NH（3280 cm^?1）基团，XRD显示PPy薄膜具有非晶态特征，UV-vis光谱中430 nm处的吸收峰验证了CQDs/PPy复合物的成功构建。

【传感性能】传感器在0.58–5.82 mg L^?1范围内呈现线性响应（R²>0.99），灵敏度较单一组分提升3倍。对乙醇、丙酮等干扰物表现出显著选择性，归因于CQDs表面羧基与甲醛的特异性氢键作用。

【机理研究】动力学分析表明吸附过程符合伪二级模型，扩散系数计算显示CQDs的引入使PPy薄膜孔隙率增加60%，显著促进了甲醛分子的传输。

该研究通过巧妙的材料设计解决了传统QCM传感器选择性不足的瓶颈问题。CQDs/PPy复合薄膜兼具PPy的导电性和CQDs的表面活性，协同作用使检测限达到ppm级，且无需复杂预处理。Wael A. Amer团队提出的"吸附-扩散"双机制模型为新型气敏材料开发提供了理论指导，其采用的生物质碳源合成策略更具环保价值。这项技术有望应用于智能家居、工业安全等实时监测场景，对预防甲醛相关疾病具有重要意义。