MXene/TiO2/聚噻吩纳米复合光电化学传感器：精准检测水中铁(III)离子的创新突破

本文推荐一种基于MXene/TiO2/聚噻吩(PTh)纳米复合材料的光电化学(PEC)传感器，通过过氧化氢氧化构建TiO2敏化层，结合PTh增强电子传输，实现对水中Fe3+的高灵敏度检测（线性范围0.5–100 μM，检测限0.073 μM）。该传感器利用抗坏血酸还原-氧竞争机制，为水质监测提供了实时、低成本的解决方案。

　　

亮点

本研究开发了首个基于MXene/TiO₂/聚噻吩(PTh)三元纳米复合材料的信号关闭型光电化学(PEC)传感器，通过抗坏血酸介导的Fe³⁺还原-氧竞争机制，实现了对水体中铁离子的超灵敏检测。

材料与方法

实验采用过氧化氢(H_{22)氧化法在MXene表面原位生长二氧化钛(TiO2)纳米颗粒，再通过超声负载导电聚合物聚噻吩(PTh)。该复合材料在氟掺杂氧化锡(FTO)电极上构建了"电子高速公路"，结合抗坏血酸-PBS电解液体系，使Fe³⁺检测过程如同"分子开关"般精准响应。}

表征分析

场发射扫描电镜(FESEM)显示MXene/TiO₂/PTh呈现独特的"三明治"结构：MXene基底如同纳米级棋盘，TiO₂颗粒像星星点缀其间，PTh则像导电胶水填充电极缝隙。X射线衍射(XRD)证实TiO₂以锐钛矿相存在，紫外可见光谱显示复合材料具有"1+1>2"的光捕获能力。

性能验证

传感器对Fe³⁺展现出优异的"狙击手"特性：在0.5-100 μM范围内线性响应，最低可检测到73 nM（相当于1滴铁离子溶液稀释在5个标准游泳池中）。抗干扰实验表明，该传感器能像"智能门卫"一样准确识别Fe³⁺，即使存在20倍浓度的其他金属离子（如Cu²⁺、Cr³⁺）。

实际应用

在真实水样检测中，传感器表现出"实验室级"精度：对湖水样本的回收率达98.7%-102.3%，自来水检测结果与ICP-MS标准方法误差小于4.2%。

结论

这项研究如同为水质监测装上了"纳米鹰眼"，通过巧妙的材料设计和反应路径创新，为重金属污染监测提供了新范式。MXene/TiO₂/PTh传感器不仅解决了传统荧光探针合成复杂的难题，更实现了"所见即所得"的实时检测能力。