综述：基于氧化钼的电极材料在电化学传感应用中的研究：电极改性剂的最新进展

《Talanta》：Molybdenum oxide based electrode materials for electrochemical sensing applications: Recent progress in electrode modifiers

MoO3基电化学传感器及其复合材料在环境监测和生物传感中的应用进展，综述了合成方法、检测机制、实际样品研究及挑战与未来趋势。

　　

作者：Khursheed Ahmad、Sanjeevamuthu Suganthi、Shanmugam Vignesh、Tae Hwan Oh

韩国庆尚大学化学工程学院，大鹤路280号，38541

摘要

近年来，利用金属氧化物及其混合复合材料制造电化学传感器在环境监测领域的应用得到了迅速发展。此外，电化学传感器或生物传感器也被用于临床诊断，以检测多巴胺或抗坏血酸等小分子物质。由此可见，电化学传感器在污染物或小分子的监测中发挥着重要作用。本文综述了基于钼氧化物（MoO₃）的电化学传感器在过氧化氢和葡萄糖等物质检测中的应用，并介绍了大量相关研究。我们简要介绍了MoO₃及其与氧化物、碳材料、硫化物、金属有机框架（MOF）和聚合物的复合材料的合成方法。同时，讨论了多种用于检测过氧化氢、氢醌、间苯二酚、肼、重金属离子、多巴胺和葡萄糖等分析物的电化学技术。文章还指出了基于MoO₃的电化学传感器所面临的一些挑战，并展望了其未来的发展趋势。我们相信这篇综述将为科学界在环境和生物医学应用中开发基于MoO₃的电化学传感器提供有益的参考。

引言

电化学传感器已成为监测各种环境污染物、有毒/有害物质、小分子和重金属离子的重要且具有前景的技术[[1], [2], [3]]。它们能够检测水、土壤及其他实际样品（如蔬菜、牛奶）以及尿液和血清等生物样品中的污染物[[4], [5], [6]]。因此，电化学传感器可以作为传统方法的替代方案。尽管传统方法具有较好的检测性能，但其耗时较长、安装设备所需空间较大且成本较高，限制了其在商业应用中的潜力[[7], [8], [9]]。因此，电化学传感器可以作为有效的检测技术来解决这些问题。

纳米结构材料及导电材料（如金属氧化物[10]、聚合物[11]、金属有机框架（MOF）[12]、硫化物[13]、碳基材料[14]、MXenes[15]、层状双氢氧化物（LDH）[16]和复合材料[17]）展现出优异的光电和电化学性能，使其成为多种应用的理想候选材料。特别是金属氧化物具有较高的稳定性，为电化学传感应用提供了巨大潜力。近年来，研究人员探索了多种金属氧化物（如二氧化锡[SnO₂[18]、氧化锌[ZnO][19]、锰氧化物[20]、氧化铜[CuO][21]、氧化铈[CeO₂[23]、氧化钨[WO₃[24]）及其混合复合材料作为电化学传感器的材料[[25], [26], [27], [28]]。需要注意的是，每种材料在特定应用中都有其优缺点，因此需要选择合适的电极材料。

MoO₃作为一种具有优异光学、电学和机械性能的金属氧化物，引起了科学界的广泛关注[[29], [30], [31]]。由于其催化性能和良好的稳定性，MoO₃被广泛应用于电化学储能[32]、水分解[33]、光伏电池[34]、智能窗户[35]、气体传感器[36]和电池[37]等领域。尽管MoO₃的导电性较低，但通过将其与还原氧化石墨烯（rGO）[38]、MXenes[39]和聚合物[40]结合使用，可以有效提升其导电性和催化活性。相关研究结果分别如图1a、b和c所示。这些研究表明MoO₃在电化学传感器开发中具有重要作用。目前关于基于MoO₃的电化学传感器的综述较少，因此本文旨在总结其在这一领域的最新进展。

本文综述了基于MoO₃的材料在电化学传感应用中的研究进展。

MoO₃材料的合成方法

MoO₃可通过多种方法合成，包括水热法、溶胶-凝胶法、沉淀法、固态分解法、回流法、化学气相沉积法、超声法、电化学法、溅射法、液相剥离法、激光烧蚀法、球磨法和喷雾热解法等。本文简要介绍了这些常用的合成方法。

MoO₃及掺杂MoO₃材料

基于MoO₃的材料被广泛用于检测多种分析物。图1展示了MoO₃基电化学传感器的制备过程。

在某研究中，利用积雪草叶粉制备了MoO₃纳米粒子（NP）传感器，用于检测H₂O₂[66]。观察到所得MoO₃纳米粒子存在多孔性和团聚现象，该材料被用作电化学传感材料。

电化学传感器的实际样品检测

实际样品检测是电化学传感器在实际应用中的重要环节。标准添加法被广泛用于此类研究。在某报告中，作者将10 μL牛奶加入10 mL 0.1 M磷酸盐缓冲液（PBS）中，并加入不同浓度的H₂O₂，随后获取了样品的响应数据。

电化学传感器的检测机制

本文总结了利用MoO₃基材料检测各种分析物的机制。以4-NT为例，其检测反应机制如下： 4-NO₂-C₆H₄–CH₃ + 2H⁺ + 2e^? → 4-NO–C₆H₄–CH₃

（4-NT被还原为硝基化合物）

结论、局限性及未来趋势

MoO₃因其催化活性、可调的形貌和良好的热稳定性，成为电化学传感应用中极具前景的过渡金属氧化物。通过水热法、微波辅助法、电化学法、溶胶-凝胶法和超声法等合成方法可调节其物理化学性质。MoO₃还常与其他金属氧化物、硫化物和碳基材料结合使用，以提升性能。

作者贡献声明 Khursheed Ahmad：撰写与编辑、初稿撰写、监督、概念构思。 Sanjeevamuthu Suganthi：初稿撰写。 Shanmugam Vignesh：初稿撰写。 Tae Hwan Oh：撰写与编辑、监督。

利益冲突声明 作者声明不存在可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了韩国国家研究基金会（NRF，由韩国政府资助，项目编号RS-2025-22342968）和韩国基础科学研究院（国家研究设施与设备中心，由教育部资助，项目编号RS-2025-02317758）的支持。