【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)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(jié)構(gòu)適應(yīng)性進行了研究，開發(fā)了一種高穩(wěn)定性自適應(yīng)一體式界面。相關(guān)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(fā)表在國際期刊Advanced Materials(Adv. Mater. 2025, 2501749)上。
 

　　快速發(fā)展的全固態(tài)離子選擇電極作為智能生物和化學(xué)傳感器的關(guān)鍵組成部分，展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。此前，研究團隊基于類似三明治型全固態(tài)界面結(jié)構(gòu)，開發(fā)了系列轉(zhuǎn)導(dǎo)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(xiàn)了多種常見電解質(zhì)離子的高穩(wěn)定性檢測。研究發(fā)現(xiàn)，離子傳感性能對傳感器的穩(wěn)定性和可靠性至關(guān)重要，其性能本質(zhì)上受限于傳感界面的材料特性及常被忽視的結(jié)構(gòu)特征。基于此，團隊進一步開發(fā)了一種基于十六烷基三甲基銨(CTA+)調(diào)控的親脂性二硫化鉬(2.0 CTA-MoS2)的高穩(wěn)定性自適應(yīng)一體式傳感界面。通過時空自適應(yīng)調(diào)控，該界面實現(xiàn)了底部轉(zhuǎn)導(dǎo)層與頂部單片式傳感結(jié)構(gòu)的自發(fā)無縫集成，從而確保了優(yōu)異的適應(yīng)性。
 

　　團隊深入探討了界面結(jié)構(gòu)的合理性以及界面作用機制。基于電化學(xué)模型數(shù)值模擬，團隊發(fā)現(xiàn)自適應(yīng)一體式界面結(jié)構(gòu)系統(tǒng)具有最大轉(zhuǎn)導(dǎo)層電荷電流和最小擴散電流的最佳界面穩(wěn)定性。結(jié)合同步輻射XAFS技術(shù)，進一步揭示了親脂性陰離子(TFPB-)在2.0 CTA-MoS2表面吸附驅(qū)動的混合電容轉(zhuǎn)導(dǎo)機制。以鎘離子檢測為例，自適應(yīng)一體式鎘離子選擇界面展現(xiàn)出優(yōu)異的界面穩(wěn)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(xiàn)了對工業(yè)廢水樣品的準(zhǔn)確檢測(回收率90% - 115%)，顯示出實際應(yīng)用潛力。
 

　　此外，具有自適應(yīng)一體式界面結(jié)構(gòu)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(nèi)展現(xiàn)出近能斯特響應(yīng)。與基于2.0 CTA-MoS2所構(gòu)建的全固態(tài)及單片式界面結(jié)構(gòu)相比，該設(shè)計顯著提升了傳感界面的穩(wěn)定性。該研究為高性能傳感界面的構(gòu)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(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進會等項目的資助。
 

圖1. 基于計算機斷層掃描技術(shù)的傳感界面表征和電化學(xué)數(shù)值模擬探究界面穩(wěn)定機制。