Chem Eng J：基于纳米胶囊修饰还原氧化石墨烯/席夫碱功能化Fe₃O₄复合材料实现对Cd²⁺高灵敏高选择性检测

      随着工业快速发展，重金属污染已成为全球性环境问题。其中，镉（Cd）作为剧毒重金属，通过废水、农业活动等途径进入水体、土壤和食物链，最终在人体内积累，引发肾损伤、骨质疏松、神经毒性等健康问题。传统检测方法（如原子吸收光谱、ICP-MS）虽精准，但设备昂贵、操作复杂，难以普及。

    基于此，仲恺农业工程学院龚圣教授团队在《Chemical Engineering Journal》发表最新成果，开发了一种基于还原氧化石墨烯（rGO）/席夫碱功能化Fe₃O₄纳米胶囊的电化学传感器，实现了对Cd²⁺的高灵敏度和高选择性检测。

     该传感器创新将还原氧化石墨烯（rGO）与席夫碱功能化的Fe₃O₄纳米棒（Fe₃O₄-SiO₂-FSB）结合，构建了rGO/Fe₃O₄-SiO₂-FSB纳米复合材料。这种复合结构不仅结合了rGO的高导电性和大比表面积，还通过席夫碱基团（C=N）赋予材料对Cd(II)的高选择性吸附能力，从而实现对复杂样品中的Cd²⁺离子的选择性检测。

• 创新材料设计：采用还原氧化石墨烯（rGO）与席夫碱功能化的Fe₃O₄纳米棒（Fe₃O₄-SiO₂-FSB）复合，形成具有高比表面积和丰富活性位点的纳米胶囊结构

• 优异的电化学性能：检测线性范围宽（0.92 μg/L–36.7 mg/L），检出限低至0.478 μg/L

• 卓越的抗干扰性：高选择性归因于席夫碱的软碱特性与Cd(II)（软酸）的强配位作用（HSAB理论）

• 高实用性：实际样品（河水、自来水、大米）回收率达99.4%–102.3%，相对标准偏差（RSD）<2.8%，验证了其可靠性和适用性

图1. rGO/Fe₃O₄-SiO₂-FSB的制备及其应用的示意图（a）以及制备rGO/Fe₃O₄-SiO₂-FSB的示意图（b）

图2.GO、rGO、Fe₃O₄、Fe₃O₄-SiO₂-NH₂、Fe₃O₄-SiO₂-FSB 和 rGO/Fe₃O₄-SiO₂-FSB 的傅立叶变换红外光谱（a）和放大图像（b）、拉曼光谱（c）和 XRD 光谱（d）

图3.rGO/Fe₃O₄-SiO₂-FSB 的 XPS 光谱：全谱图 (a)；C 1 s (b)、O 1 s (c)、N 1 s (d)、Fe 2p (e) 和 Si 2p (f)的精细谱

图4.Fe₃O₄ (a)、Fe₃O₄-SiO₂-NH₂ (b)、Fe₃O₄-SiO₂-FSB (c) 的SEM。Fe₃O₄-SiO₂-FSB 的粒度分布（d）。rGO/Fe₃O₄-SiO₂-FSB 样品的 SEM 图像（e）、EDS 光谱（f）和元素映射图（g-k）

图5. 不同电极的CV（a）、氧化还原峰电位差和电子转移数（b）、电活性表面积（c）和EIS（d）。不同扫描速率下， rGO/Fe₃O₄-SiO₂-FSB/GCE CV 图（e），以及相应的峰电流与扫描速率平方根的线性拟合图（f）

图6.(a)不同材料修饰电极（a）和不同接枝率的 rGO/Fe₃O₄-SiO₂-FSB/GCE 电极（b）对镉（II）的 DPSV 响应

图7.不同镉(II)浓度下的 DPSV 响应曲线(a)和峰电流与镉(II)浓度的关系(b)

表1.不同电化学传感器检测Cd（II）的性能比较

图8.rGO/Fe₃O₄-SiO₂-FSB/GCE电化学传感器检测 Cd(II) 的机理

       该研究开发了一种基于还原氧化石墨烯（rGO）和席夫碱功能化Fe₃O₄纳米复合材料（rGO/Fe₃O₄-SiO₂-FSB）的电化学传感器，用于高效检测水体和食品中的镉离子（Cd(II)）。该传感器通过席夫碱的C=N基团选择性富集Cd(II)，结合rGO的高导电性，实现了0.92 μg/L至36.7 mg/L的宽线性范围和0.478 μg/L的低检测限。实际样品（河水、自来水、大米）中的回收率达99.4%–102.3%，相对标准偏差（RSD）低于2.8%，具有优异的抗干扰性、稳定性和重现性。该传感器成本低、操作简便，为环境与食品安全监测提供了高效解决方案。

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