论文标题：An AuNPs/Mesoporous NiO/Nickel Foam Nanocomposite as a Miniaturized Electrode for Heavy Metal Detection in Groundwater

期刊：Engineering

DOI：https://doi.org/10.1016/j.eng.2022.06.005

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Pb²⁺和Cu²⁺等重金属污染源于大规模采矿活动、制造业以及工业废物的随意排放。这些污染给地下水环境造成了严重破坏。地下水中高浓度的重金属离子对全球数百万人的健康造成危害，对于以地下水为主要饮用水源的发展中国家的弱势社区影响尤为严重。由于工业生产、农业种植、海水入侵、石油泄漏等频繁的人类活动，地下水环境呈现显著的多样性和复杂性，这使得地下水源中重金属检测变得十分困难。因此，迫切需要开发高效、灵敏、经济、可靠且可对地下水进行现场监测的检测技术。

吉林大学张大奕研究团队、清华大学周小红研究团队在中国工程院院刊《Engineering》发表了题为“An AuNPs/Mesoporous NiO/Nickel Foam Nanocomposite as a Miniaturized Electrode for Heavy Metal Detection in Groundwater”（基于金纳米/介孔氧化镍/泡沫镍纳米复合材料的微型电极用于地下水重金属检测）的研究性文章，介绍了一种基于金纳米颗粒（AuNP）电沉积介孔氧化镍/泡沫镍的微型电极，可同时检测Pb²⁺和Cu²⁺。文章中还提出了一种简便的原位水热煅烧法，在不添加化学试剂的情况下，即可在泡沫镍上直接生长出无黏合剂的介孔氧化镍。此外，文章还利用电沉积反应创新性地在电极中添加了AuNP，通过低电阻金属/半导体欧姆接触克服了氧化镍电极导电率低和检测灵敏度低的不足。除了成本低廉、操作简单外（无需预处理），该电极经过优化运行参数后可测定不同类型地下水中的Pb²⁺和Cu²⁺，Pb²⁺检测限低至0.020 mg·L⁻¹，Cu²⁺检测限低至0.013 mg·L⁻¹。

图1. 纳米复合材料电极的制备和重金属离子检测原理示意图。步骤I：无黏合剂的β-Ni(OH)₂纳米片/泡沫镍；步骤II：介孔氧化镍/泡沫镍；步骤III：AuNPs/介孔氧化镍/泡沫镍纳米复合电极。

值得注意的是，文章在使用AuNP/介孔氧化镍/泡沫镍电极同时检测Pb²⁺和Cu²⁺时，实验加入了各种干扰离子以评估电极的选择性。添加干扰离子后，电极对Pb²⁺和Cu²⁺的电流响应几乎保持不变（与对照组的相对标准差为±5%），而且在其他方波伏安法（SWV）扫描电位下没有发现与干扰离子相对应的溶解电流峰。文章指出，Pb²⁺和Cu²⁺易于接触电极表面进行恒定的电位还原，有效避免了与复杂地下水环境中的其他重金属离子络合。这种良好的稳定性和选择性可能也与电极结构的高稳定性有关。原位水热法制备的氧化镍前驱体结构牢固地沉积在泡沫镍上，高温煅烧制备的介孔氧化镍纳米片通过沉积AuNP形成了稳定的核壳状结构，有效提高了电极表面的形态稳定性。

文章表明，与其他二维纳米片材料类似，二维氧化镍具有出色的化学和结构稳定性，且其比表面积大、等电点高，具有潜在的表面改性能力。因此，介孔氧化镍纳米片可作为连接和固定低等电点生物大分子（如核酸）的良好平台，表现出了极佳的吸附稳定性。此外，文章通过在介孔氧化镍和AuNP之间形成低势垒欧姆接触，解决了氧化镍纳米片导电性差的问题。总而言之，AuNP/介孔氧化镍/泡沫镍电极不仅有望在电化学传感领域发挥重要作用，而且具有向生物传感领域推广应用的潜力。此外，得益于微型化、能耗低、性能好等特点，该电极可广泛应用于水环境实时在线分析、污水处理过程检测、水污染应急预警等领域。

引用信息：Boyuan Xue, Qian Yang, Kaidong Xia, Zhihong Li, George Y. Chen, Dayi Zhang, Xiaohong Zhou. An AuNPs/Mesoporous NiO/Nickel Foam Nanocompositeas a Miniaturized Electrode for Heavy Metal Detection in Groundwater [J]. Engineering, 2023, 27(8): 199–208.

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原文链接：https://doi.org/10.1016/j.eng.2022.06.005

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