【儀表網 研發快訊】近期，中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所黃行九研究員團隊針對離子傳感界面結構適應性進行了研究，開發了一種高穩定性自適應一體式界面。相關研究成果以“Generalized Adaptive Cation-Selective Interfaces Exhibiting High Stability: Integrating Transduction Materials and Uniform Ion-Selective Membranes via One-Step Fabrication”為題，作為Inside Front Cover文章發表在國際期刊Advanced Materials(Adv. Mater. 2025, 2501749)上。
快速發展的全固態離子選擇電極作為智能生物和化學傳感器的關鍵組成部分，展現出廣闊的應用前景。此前，研究團隊基于類似三明治型全固態界面結構，開發了系列轉導層材料(ACS Nano 2024, 18, 12808；Anal. Chem. 2024, 96, 9069；ACS Sens. 2025, 10, 5, 3441；ACS Sens. 2024, 9, 415；Small, 2025, 2501034)，實現了多種常見電解質離子的高穩定性檢測。研究發現，離子傳感性能對傳感器的穩定性和可靠性至關重要，其性能本質上受限于傳感界面的材料特性及常被忽視的結構特征。基于此，團隊進一步開發了一種基于十六烷基三甲基銨(CTA+)調控的親脂性二硫化鉬(2.0 CTA-MoS2)的高穩定性自適應一體式傳感界面。通過時空自適應調控，該界面實現了底部轉導層與頂部單片式傳感結構的自發無縫集成，從而確保了優異的適應性。
團隊深入探討了界面結構的合理性以及界面作用機制。基于電化學模型數值模擬，團隊發現自適應一體式界面結構系統具有最大轉導層電荷電流和最小擴散電流的最佳界面穩定性。結合同步輻射XAFS技術，進一步揭示了親脂性陰離子(TFPB-)在2.0 CTA-MoS2表面吸附驅動的混合電容轉導機制。以鎘離子檢測為例，自適應一體式鎘離子選擇界面展現出優異的界面穩定性(24 h漂移率為5.51±0.32 μV·h-1，30天靈敏度損失4.77%)和較高的選擇性，同時實現了對工業廢水樣品的準確檢測(回收率90% - 115%)，顯示出實際應用潛力。
此外，具有自適應一體式界面結構的通用陽離子選擇性傳感器(K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Pb2+、Cd2+和Cu2+)在寬線性范圍內展現出近能斯特響應。與基于2.0 CTA-MoS2所構建的全固態及單片式界面結構相比，該設計顯著提升了傳感界面的穩定性。該研究為高性能傳感界面的構建提供了有效策略和重要參考。
上述研究工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國科學院青年創新促進會等項目的資助。
圖1. 基于計算機斷層掃描技術的傳感界面表征和電化學數值模擬探究界面穩定機制。
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