新型PANI/AC@Ag3PO4纳米复合电化学传感器开发及其对亚硝酸盐的高灵敏检测研究

本推荐介绍一项创新性电化学传感器研究，该工作成功构建了聚苯胺/活性炭@磷酸银（PANI/AC@Ag3PO4）纳米复合材料，并应用于环境及健康领域中高危害性亚硝酸盐（NO2?）的灵敏检测。该传感器展现出卓越性能：线性检测范围1.0–15 μM，灵敏度达75.95 μA·μM?1·mm?2，检测限（LOD）低至0.21 μM。其制备工艺简便、环境友好，为实时环境监测与公共健康防护提供了有效技术平台。

　　

亮点

本研究开发了一种基于聚苯胺/活性碳@磷酸银（PANI/AC@Ag₃PO₄）纳米复合材料的新型电化学传感器，用于高灵敏度、高选择性检测亚硝酸盐（NO₂^?）。该传感器在宽线性范围（1.0–15 μM）内表现出卓越性能，检测限极低（0.21 μM），并具备优异的抗干扰能力和操作稳定性，适用于复杂环境样品中痕量亚硝酸盐的实时监测。

引言

亚硝酸离子（NO₂^?）作为一种常见的有害环境污染物，广泛存在于农业径流、食品防腐剂和工业废水中。尽管其在环境和食品中通常以微量存在，但即使低浓度也会带来严重的健康风险，如引发高铁血红蛋白血症，并在胃酸环境中与胺类反应生成强致癌物N-亚硝胺。因此，开发快速、可靠且成本低廉的亚硝酸盐检测方法对公共健康与环境安全具有迫切意义。

传统检测方法如光谱法和色谱法虽灵敏度高，但依赖昂贵设备、专业操作及冗长的分析流程，限制了其现场应用。与之相比，电化学传感器因成本低、操作简便、响应快速、易于微型化且可与便携设备集成，成为理想替代方案。

近年来，研究者致力于开发纳米结构材料以提升电化学传感器性能，其核心在于利用材料间的协同效应。本研究首次提出将聚苯胺（PANI）、活性炭（AC）与磷酸银（Ag₃PO₄）结合，构建三相纳米复合传感器，以实现对亚硝酸盐的高性能检测。

PANI作为一种导电聚合物，具备离域π共轭体系、高电导率、环境稳定性和可调控的氧化还原特性，其结构中的–NH–官能团可与带负电的亚硝酸根离子发生强相互作用，促进电子转移并提供稳定的纳米粒子负载平台。

Ag₃PO₄作为一种窄带隙半导体，不仅具有优异的光催化性能，还能在电化学检测中提供额外的氧化活性位点，降低反应过电位。但其在还原条件下稳定性较差，需借助导电聚合物和多孔碳材料提高其复合稳定性。

AC则以其高比表面积、多孔结构和良好导电性著称，可有效增强材料的吸附能力与电子传输效率，防止颗粒团聚，提高反应位点可及性，同时提升传感器在复杂基质中的稳定性。

本研究的创新点在于合理设计PANI/AC@Ag₃PO₄三元异质结构，充分发挥各组分功能：PANI提供导电支撑，Ag₃PO₄赋予催化活性，AC作为高表面积导电骨架增强传质与电子转移。该传感器在玻碳电极（GCE）上修饰而成，通过循环伏安（CV）和线性扫描伏安（LSV）系统评估其电化学行为，并优化pH、扫描速率、浓度等参数，最终表现出高灵敏度、重现性与稳定性，具备实际环境监测应用的潜力。

结论

本研究成功合成了一种基于PANI/AC@Ag₃PO₄的纳米复合材料，用于水介质中亚硝酸盐的电化学检测。通过多种表征手段（XRD、XPS、拉曼、FTIR、Tauc图谱、CV、LSV）深入探究了材料结构与性能间的关系。结果表明，该复合材料结晶度提高、界面相互作用强、Ag₃PO₄纳米颗粒均匀分散，共同促成了其优异的电化学性能。该传感器具备高灵敏度、良好选择性、操作简便及环境友好等特点，适用于环境安全与公共卫生领域中的亚硝酸盐监测。