Sens Actuat B Chem：基于镍基金属有机框架的电化学传感器用于高灵敏检测多种重金属离子

      重金属离子（如Pb²⁺、Cu²⁺）具有高生物蓄积性与强毒性，即使痕量暴露也会对人体健康造成不可逆损伤。铅长期摄入可损害小脑与大脑皮层，导致儿童发育迟缓、心血管疾病风险升高；过量铜摄入则易诱发肾功能紊乱。随着全球制造业快速扩张、矿产过度开采及工业废水无序排放，水体中重金属污染问题日益突出，经饮水与食物链富集后直接威胁公共健康。因此，开发快速、灵敏、便携、低成本的重金属离子同步检测技术，对环境监测、水质安全与公共健康防护具有重要现实意义。

      本研究发表于Sensors and Actuators: B. Chemical，首次构建了一种基于聚酰胺 - 胺树状大分子（PAMAM）/镍基金属有机框架（Ni-MOFs）修饰玻碳电极（GCE）的新型电化学传感器，用于水环境中 Pb²⁺与 Cu²⁺的高灵敏同步检测。Ni-MOFs 是一类高导电金属有机框架材料，具备超大比表面积、优异电子传导能力与丰富孔道结构；PAMAM 则为三维球形亲水聚合物，富含高密度氨基活性位点，可显著增强重金属离子螯合富集能力。将 PAMAM 与 Ni-MOFs 复合，不仅整合了二者结构与功能优势，还通过界面协同效应进一步提升电极导电性、选择性与检测灵敏度，为复杂水体中痕量重金属的现场快速检测提供了新思路。

• 创新材料：首次将聚酰胺-胺树状大分子（PAMAM）与镍基金属有机框架（Ni‑MOFs） 复合修饰玻碳电极（GCE），协同提升导电性、吸附能力与电化学性能。

• 超低检测限： 对 Pb²⁺、Cu²⁺的检测限分别低至 1.21 μg/L、0.77 μg/L，远低于 WHO 饮用水安全标准。

• 宽线性范围：检测线性范围宽（1–100 μg/L），适配水体中痕量至微量重金属的检测需求。

• 强抗干扰能力：在复杂水样基质中，十倍浓度共存离子干扰下仍可准确定量，抗干扰能力优异。

• 良好稳定性和重复性：传感器30 天内信号保留率 > 95%，多支电极重复性 RSD＜3.56%。

• 实际应用验证：成功用于自来水样品检测，回收率 90.53%–102.13%，满足实际水样分析要求。

Scheme 1（A）PAMAM/Ni-MOFs 的合成；（B）PAMAM/Ni-MOFs/ 玻碳电极的制备及铅离子与铜离子同步检测过程

Fig. 1（A）Ni-MOFs 和（B）PAMAM/Ni-MOFs 的扫描电镜图像；（C）粒径；（D）X 射线衍射图谱；（E）Zeta 电位；（F）Ni-MOFs 与 PAMAM/Ni-MOFs 的循环伏安响应

Fig. 2（A）PAMAM/Ni-MOFs 的 X 射线光电子能谱；（B）氮 1s 谱；（C）氧 1s 谱；（D）碳 1s 谱；（E）镍 2p 谱

Fig. 3（A）（D）沉积时间、（B）（E）沉积电压、（C）（F）缓冲溶液 pH 值的优化结果

Fig. 4 铅离子（A）和铜离子（B）的单独方波阳极溶出伏安响应及校准曲线；（C）铅离子（D）和铜离子（E）同步检测的方波阳极溶出伏安响应及校准曲线

Fig. 5 重金属离子检测电化学传感器的性能：（A）选择性、（B）稳定性、（C）铅离子与铜离子同步检测的重现性分析

Table 1.自来水样品中铅离子与铜离子的分析

Table 2.与其他铅、铜离子同步检测电化学传感器的对比

      本研究建立了 PAMAM/Ni-MOFs 纳米复合材料的一步合成法，并以此构建了可同步检测 Pb²⁺与 Cu²⁺的电化学传感器。其中，Ni-MOFs 组分提升了材料导电性与比表面积，促进氧化反应过程中的电子转移，改善溶出峰分辨率并提高信噪比；PAMAM 则通过螯合作用与氧化还原反应提供大量活性位点，增强重金属离子富集能力，进而提升传感器灵敏度。PAMAM/Ni-MOFs 纳米复合材料的合理设计使其在 Pb²⁺与 Cu²⁺富集及同步检测中表现优异：线性范围宽（1–100 μg/L），检出限低（Pb²⁺：1.21 μg/L；Cu²⁺：0.77 μg/L），同时具备良好的选择性、稳定性与重现性。该传感器成本低、响应快、灵敏度高、可小型化且操作便捷，在复杂水体样品分析中优势显著，为水质安全检测与环境监测应用提供了新的技术手段。

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