新型纳米结构NiZn2O4@CQD电催化剂用于实时电化学检测农药地亚农

研究人员针对有机磷农药地亚农（DZ）残留引发的环境与健康风险，开发了基于甘蔗渣衍生碳量子点（CQDs）与尖晶石NiZn2O4复合的纳米电化学传感器。该传感器通过差分脉冲伏安法（DPV）实现了0.02–150 μM宽线性范围、0.0044 μM超低检测限及50次循环稳定性，为农业和环境监测提供了绿色高效的解决方案。

　　

随着全球人口增长和农业集约化发展，有机磷农药（OPs）的广泛使用在保障粮食产量的同时，也带来了严重的环境和健康隐患。地亚农（Diazinon, DZ）作为典型OPs，因其化学稳定性和中度持久性，在土壤、水源及农作物表面长期残留。世界卫生组织（WHO）将其列为Ⅱ类中等毒性物质，并提示其潜在致癌性。传统检测方法如高效液相色谱等存在设备昂贵、操作复杂等问题，难以满足现场快速检测需求。

针对这一挑战，印度洛约拉学院（Loyola College, Chennai）与蒂鲁瓦卢瓦尔大学（Thiruvalluvar University, Vellore）的研究团队创新性地利用农业废弃物甘蔗渣，通过水热法合成碳量子点（Carbon Quantum Dots, CQDs），并将其嵌入尖晶石结构NiZn₂O₄基质中，构建了NiZn₂O₄@CQD纳米复合材料。该研究发表于《Microchemical Journal》，通过纳米结构设计与绿色化学的结合，实现了DZ的高灵敏、高选择性检测。

关键技术包括：1）甘蔗渣水热法制备CQDs；2）溶胶-凝胶法合成NiZn₂O₄@CQD纳米复合材料；3）差分脉冲伏安法（DPV）评估传感器性能；4）电化学阻抗谱（EIS）分析电荷转移机制；5）紫外-可见漫反射光谱（UV-DRS）测定材料能带结构。

研究结果

1. 结构表征：UV-DRS和Tauc图谱显示NiZn₂O₄@CQD具有2.8 eV窄带隙，CQDs的引入显著提升光吸收能力；X射线衍射（XRD）证实尖晶石立方相结构，Zn²⁺占据四面体位点，Ni²⁺分布于八面体位点。
2. 电化学性能：DPV测试表明，修饰电极在0.02–150 μM范围内呈线性响应，检测限低至4.4 nM（信噪比S/N=3），优于纯CQDs（1.4 μM）和单一金属氧化物（NiO@CQDs 0.65 μM）。
3. 实际应用：传感器对常见干扰物（如重金属离子、有机酸）表现出优异抗干扰能力，在河水与蔬菜样本中回收率达97.3–102.6%。

结论与意义
该研究通过废弃物资源化与纳米技术的融合，解决了传统OPs检测方法成本高、耗时长的问题。NiZn₂O₄@CQD的协同效应（CQDs的高导电性与NiZn₂O₄的多活性位点）为开发便携式检测设备奠定基础，对实现农药残留实时监控、保障食品安全具有重要实践价值。作者K. Akash等特别指出，该策略可扩展至其他环境污染物检测，推动绿色分析化学发展。