表面活性剂和辅助表面活性剂对铋钒酸盐的影响：在水和鱼类样本中实现超灵敏、简便地检测危险硝基苯的方法

《Journal of Molecular Liquids》：Impact of surfactants and co-surfactants on bismuth vanadate: ultrasensitive facile determination of perilous nitrobenzene in water and fish samples

本研究采用尿素、柠檬酸和抗坏血酸三种表面活性剂合成了BiVO4微球，构建了基于BiVO4(U)修饰电极的电化学传感器，成功应用于地下水和鱼类样本中硝基苯的检测，线性范围0.001-805.17 μM，检测限0.003 μM，表现出良好的灵敏度和选择性。

　　这项研究聚焦于开发一种新型的电化学传感器，用于高灵敏度地检测水和食品样本中的有机污染物——硝基苯（Nitrobenzene, NB）。硝基苯是一种具有高毒性的持久性有机污染物（Persistent Organic Pollutant, POP），广泛存在于工业生产中，如金属地板抛光剂、药品、橡胶化学品、农药、染料、炸药等。由于其对生态环境和人类健康的潜在危害，硝基苯的检测变得尤为重要。然而，传统的检测方法如气相色谱-质谱联用（GC–MS）或荧光淬灭法虽然具有较高的准确性，但通常成本高昂、操作复杂且耗时较长，难以满足现场快速检测的需求。

因此，研究人员探索了电化学传感器作为一种低成本、便携且快速检测手段的可能性。电化学传感器因其结构简单、响应迅速、操作方便以及在不同环境条件下的稳定性，被广泛应用于环境监测和食品安全检测领域。然而，实现对硝基苯的高灵敏度检测仍面临挑战，尤其是在电极材料的选择和优化方面。目前，已有研究表明金属钒酸盐在电化学传感中具有广阔的应用前景，因其具备良好的导电性、化学稳定性以及对目标分析物的高响应性。其中，三氧化二铋（BiVO?）作为一种二元n型半导体材料，因其具有丰富的氧空位、良好的表面活性以及较低的毒性，被认为是理想的电极材料。

BiVO?在电化学传感中的应用主要依赖于其独特的物理化学性质。氧空位和表面活性位点的存在，使得BiVO?能够与硝基苯发生特异性相互作用，并产生显著的还原电流响应。这种响应特性对于提高检测灵敏度和选择性至关重要。此外，BiVO?的化学稳定性也使其在复杂的环境和电化学条件下保持优异的性能。然而，BiVO?在实际应用中仍面临一些问题，如表面吸附能力有限、电子-空穴复合效应显著，这些都会影响其在电化学传感中的表现。

为了解决这些问题，研究团队采用了一种改进的合成方法，即通过不同的表面活性剂（如尿素、柠檬酸和抗坏血酸）来调控BiVO?的形貌和结构。尿素作为主要表面活性剂，能够有效促进BiVO?的形成，同时优化其表面结构，使其具备更高的比表面积和更多的活性位点。这种优化不仅提高了BiVO?的电化学性能，还增强了其对硝基苯的检测能力。通过这种方法合成的BiVO?（尿素）微球，被进一步用于构建修饰电极，并成功应用于硝基苯的电化学检测。

实验过程中，研究人员对合成的BiVO?材料进行了多种表征手段，包括X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、透射电子显微镜（TEM）、电化学阻抗谱（EIS）、循环伏安法（CV）以及恒电流-时间（i-t）技术。这些表征方法不仅验证了BiVO?的晶体结构和表面特性，还评估了其在电化学检测中的性能。XRD结果表明，不同表面活性剂对BiVO?的晶体结构产生了显著影响，其中尿素辅助合成的BiVO?显示出更清晰的衍射峰，表明其具有更优异的结晶度。XPS分析进一步揭示了BiVO?表面的化学组成和氧空位的分布情况，为理解其电化学行为提供了重要依据。

TEM图像显示，尿素辅助合成的BiVO?微球具有独特的多孔结构，这种结构有助于提高材料的比表面积，从而增强其与目标分析物的相互作用。此外，EIS和CV测试结果表明，BiVO?（尿素）修饰电极具有优异的电荷传输性能和较低的背景噪声，这表明其在电化学检测中具备较高的灵敏度和选择性。通过i-t技术，研究人员进一步验证了该修饰电极在检测硝基苯时的稳定性和重复性，结果显示其在多个测试周期内仍能保持良好的性能。

基于上述表征结果，研究团队构建了一种新型的电化学传感器，用于检测硝基苯。该传感器采用玻璃碳电极（GCE）作为工作电极，并在电位范围?0.2至?1 V之间进行检测。实验结果显示，BiVO?（尿素）修饰电极的检测线性范围为0.001–805.17 μM，检测限低至0.003 μM，这表明该传感器具有出色的灵敏度和检测能力。此外，该传感器在与其他常见干扰物质的检测中表现出良好的选择性，这使得其在复杂样品中的应用成为可能。

在实际应用方面，该传感器被成功应用于地下水中和养殖鱼类样本中的硝基苯检测。实验结果表明，该传感器能够准确地检测出硝基苯的残留量，并且在样品中表现出较高的回收率，这说明其在实际环境监测和食品安全检测中具有广泛的应用前景。此外，该传感器的稳定性和重复性也得到了验证，表明其在长期使用中能够保持良好的性能。

这项研究的意义在于，它提供了一种新的方法，用于硝基苯的高灵敏度检测。通过优化BiVO?的合成条件和表面活性剂的选择，研究人员成功构建了一种性能优异的电化学传感器，该传感器不仅具备良好的检测性能，还能够在实际环境中有效应用。这一成果对于环境监测和食品安全检测领域具有重要的推动作用，为开发更高效的污染物检测技术提供了新的思路和方法。

此外，该研究还强调了表面活性剂在材料合成中的关键作用。不同表面活性剂的引入不仅影响了BiVO?的形貌和结构，还对其电化学性能产生了深远的影响。尿素作为一种常用的表面活性剂，能够有效调控BiVO?的形成过程，使其具备更高的比表面积和更多的活性位点。这种调控作用对于提高传感器的灵敏度和选择性至关重要。同时，柠檬酸和抗坏血酸等其他表面活性剂也被用于实验，以比较其对BiVO?性能的影响。结果显示，尿素辅助合成的BiVO?在多个方面均表现出最佳性能，这表明尿素是一种理想的表面活性剂，用于BiVO?的合成和修饰。

研究团队在实验过程中还采用了标准加入法（Standard Addition Method）来评估传感器的回收率。通过向样品中加入已知浓度的硝基苯，并测量其回收情况，研究人员发现该传感器在实际样品中的回收率较高，这进一步验证了其在实际应用中的可靠性。这一结果表明，该传感器不仅适用于实验室环境下的检测，还能够在现场快速检测中发挥重要作用。

综上所述，这项研究通过优化BiVO?的合成条件和表面活性剂的选择，成功构建了一种性能优异的电化学传感器，用于硝基苯的高灵敏度检测。该传感器在检测性能、选择性、稳定性和实际应用方面均表现出色，为环境监测和食品安全检测提供了新的工具和方法。未来，研究团队计划进一步优化该传感器的性能，并探索其在其他有机污染物检测中的应用潜力。这一研究不仅推动了电化学传感技术的发展，也为解决环境污染和食品安全问题提供了重要的技术支持。