等离子体COF气凝胶用于水相和气相尼古丁的SERS检测：电磁增强与化学增强的双重协同机制

本研究针对尼古丁多相态检测难题，设计了一种负载核壳Au@Ag纳米颗粒的TpPa-SO3H共价有机框架（COF）复合材料，通过π-π堆积和酸碱相互作用实现尼古丁高效富集（吸附量148.0 mg·g-1），结合电磁增强与电子转移诱导的化学增强，实现水相尼古丁6.0×10-10 mol·L-1的超敏检测，并首次拓展至香烟烟雾中气相尼古丁现场检测，为环境监测与健康评估提供新策略。

　　

尼古丁作为烟草中的主要生物碱，其多相态检测对健康风险评估和环境监测至关重要。当前检测技术面临样品前处理复杂、无法兼顾气/液相检测等瓶颈。中国烟草总公司郑州烟草研究院与中国地质大学（武汉）联合团队在《Sensors and Actuators B: Chemical》发表研究，开发了基于TpPa-SO₃H COF的等离子体气凝胶，通过协同电磁增强（Au@Ag核壳结构）与化学增强（COF-尼古丁电子转移），实现从电子烟油到香烟烟雾的全场景尼古丁痕量检测。

研究采用溶剂-free机械化学法合成表面负电荷的TpPa-SO₃H COF，通过静电吸附负载Au@Ag纳米颗粒，结合壳聚糖交联构建三维气凝胶。利用密度泛函理论分析能级匹配关系，采用人工智能分类处理气相指纹图谱。

【COF优化及其与尼古丁相互作用】
电荷分布分析表明TpPa-SO₃H表面负电荷与尼古丁正电荷区域互补，吸附实验证实其容量达148.0 mg·g^-1，X射线光电子能谱（XPS）证实π-π堆积和-SO₃H基团酸碱相互作用。

【SERS性能评估】
Au@Ag双金属协同使增强因子达1.7×10⁷，水相检测限低至0.6 nM，较纯银基底提升3个数量级。剑桥滤片检测验证实际样品适用性。

【气凝胶构建与气相检测】
壳聚糖交联气凝胶对香烟烟雾中气相尼古丁的现场检测限为0.8 μg·m^-3，人工智能分类模型对不同品牌香烟识别准确率达92.3%。

该研究首次实现COF材料在尼古丁SERS检测中的双重增强机制应用，其气凝胶设计突破传统基底对气相检测的限制。通过能级调控策略（COF的LUMO能级介于银费米能级与尼古丁HOMO能级之间），证实电荷转移诱导的化学增强贡献率达38.7%。研究成果为环境尼古丁污染监测和烟草制品质量控制提供创新方法学支撑，推动SERS技术在公共健康领域的实用化进程。