近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院固體所環(huán)境材料與污染控制研究部李培華博士等構筑了由親脂性陰離子觸發(fā)快速離子-電子轉導的高穩定全固態(tài)鈣離子選擇性電極，并通過(guò)同步輻射技術(shù)揭示了固體轉導層參與電位響應時(shí)的作用機制。相關(guān)研究成果作為補充封面發(fā)表在Analytical Chemistry上。

全固態(tài)離子選擇性電極以其操作簡(jiǎn)便、反應迅速等優(yōu)勢廣泛應用在水質(zhì)和體液分析中。然而，長(cháng)期穩定性測試過(guò)程中的電位漂移問(wèn)題影響著(zhù)測量結果的準確性，阻礙了全固態(tài)離子選擇性電極的進(jìn)一步實(shí)際應用。固體接觸層作為離子-電子信號相互轉化的轉導者，其電容和疏水性是影響電位穩定性的關(guān)鍵。因此，設計具有大電容且高疏水的轉導層，并探究其在參與電位響應時(shí)的作用機制對全固態(tài)離子選擇性電極穩定性的提高以及轉導層材料的精準設計具有重要的指導意義。

此前，研究團隊通過(guò)構筑SnS₂-MoS₂異質(zhì)結作為轉導層穩定界面電位 (ACS Sens. 2024, 9, 1, 415-423)，發(fā)現SnS₂-MoS₂的界面電子可通過(guò)Sn-S-Mo異質(zhì)結自發(fā)地從SnS₂轉移到MoS₂，從而調節表面電子結構并加速電子轉移以增大電容。以SnS₂-MoS₂異質(zhì)結為轉導層構建的鈉離子選擇性電極實(shí)現了對鈉離子的穩定高效檢測。基于此，團隊利用表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨 (CTAB) 對CuS進(jìn)行表面疏水調控，合成了兼具優(yōu)異氧化還原電容和高疏水性的Cu_nS-50納米花，以Cu_nS-50為轉導層構建的全固態(tài)鈣離子選擇性電極在濃度為10^-1 ~ 10^-7 M的線(xiàn)性范圍內實(shí)現了對鈣離子的穩定檢測。

研究人員進(jìn)一步利用同步輻射技術(shù)發(fā)現，離子選擇性膜中的親脂性陰離子 (TFPB^-) 在電位響應時(shí)轉移到ISM/Cu_nS-50界面，參與Cu_nS-50中Cu⁺/Cu²⁺的氧化還原過(guò)程，促進(jìn)自由電子的產(chǎn)生，加速了離子-電子的轉導，將離子信號轉化為電子信號傳輸到導電襯底，從而穩定電極電位。該工作為全固態(tài)離子選擇性電極的氧化還原轉導機制提供了更深入的理解，并為由親脂性陰離子引發(fā)離子-電子轉導的氧化還原型固體轉導層材料的設計提供了新思路。

上述研究工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目、中國科學(xué)院青年創(chuàng )新促進(jìn)會(huì )及國家自然科學(xué)基金等項目的資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.analchem.4c00590

圖1. 封面圖。

圖2. Cu_nS-50參與電位響應的機理探究：(a-b) Cu_nS-50/Ca²⁺-ISE對TFPB^-在o-NPOE溶液中的電位響應和校準曲線(xiàn)； (c) 歸一化Cu K邊XANES光譜； (d) 歸一化S K邊XANES光譜； (e, f) 長(cháng)期電位穩定性測試前后ISM/Cu_nS-50界面的截面電鏡圖。