Группа исследователей под руководством профессора Хуан Синцзю из Хэфэйского института физических наук Китайской академии наук разработала высокостабильный адаптивный интегрированный интерфейс для измерения ионов. Статья опубликована на внутренней обложке журнала Advanced Materials.
Ионоселективный электрод как основа
Всетвёрдые ионоселективные электроды являются фундаментальным компонентом в измерении ионов в интеллектуальных биологических и химических датчиках. Ранее исследователи разработали несколько материалов-преобразователей с интерфейсом типа «сэндвич» для обнаружения распространённых ионов. Однако производительность таких датчиков часто ограничивалась материалом и структурой интерфейса.
Решение проблемы
Чтобы преодолеть эти трудности, команда внедрила новый интерфейс с использованием липофильного дисульфида молибдена (MoS₂), регулируемый цетилтриметиламмонием (CTA⁺). Эта структура обеспечивает пространственно-временную адаптивную интеграцию — сборку однокомпонентных чувствительных слоёв поверх эффективных слоёв преобразования.
Результаты
Электрохимические симуляции подтвердили превосходную стабильность нового интерфейса, продемонстрировав высокую эффективность переноса заряда и низкий диффузионный ток. Рентгеновский анализ тонкой структуры поглощения выявил механизм смешанной ёмкости, обусловленный адсорбцией анионов TFPB⁻.
При применении для обнаружения ионов кадмия (Cd²⁺) датчик показал отличную стабильность и сохранил высокую точность в реальных сценариях тестирования, включая промышленную очистку сточных вод.
Интерфейс был успешно применён для датчиков обнаружения различных ионов, включая K⁺, Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Pb²⁺, Cd²⁺ и Cu²⁺. Все они показали ответы, близкие к Нернстовским, со значительно повышенной стабильностью.
Заключение
Эта работа представляет ценную стратегию для проектирования высокопроизводительных датчиков ионов следующего поколения.
Предоставлено Китайской академией наук.