石河子大学陈龙团队：基于Co/CoO/Co3O4 Z型异质结的Cd(II), Cu(II)和Hg(II)超痕量同时检测及其机理

为了实现超痕量同时检测多种重金属离子，开发高效、低成本且活性位点丰富的修饰电极材料引起广泛关注。单一的过渡族金属氧化物因其富氧化还原能力表现出一定的检测性能，但其自身导电性差以及活性位点少的缺陷限制了其进一步发展。因此，设计Co⁰/Co²⁺/Co³⁺多价态作用的Z型异质结Co/CoO/Co₃O₄应用在重金属离子检测领域有重要意义。

基于此，石河子大学陈龙副教授团队发表了研究性文章，该论文设计合成了Z型异质结Co/CoO/Co₃O₄，将其应用在重金属离子检测。实验结果表明其同时检测Cd(II)，Cu(II)和Hg(II)的灵敏度分别为4.31μA μM^-1，19.34 μA μM^-1和13.25μA μM^-1。分析了Co/CoO/Co₃O₄同时和单独检测HMIs的检测机理。结合密度泛函理论计算解释了Co⁰/Co²⁺/Co³⁺同时作用的Co/CoO/Co₃O₄具有更高的电荷密度，对HMIs表现出强的吸附能力。

相关文章以题为“Ultra-trace simultaneous detection of Hg(II), Cd(II), and Cu(II) and mechanism based on Co/CoO/Co₃O₄ Z-type heterojunctions”发表在国际知名传感器类期刊Sensors and Actuators B: Chemical上，论文第一作者为石河子大学化学化工学院庞建祥硕士，论文通讯作者为陈龙副教授和杨晓东副教授。通讯单位为石河子大学。

图1 Co/CoO/Co₃O₄制备示意图及SEM，HRTEM，FFT，Mapping表征

图2 Co/CoO/Co₃O₄的 XRD, XPS, EPR表征

图3 Co/CoO/Co₃O₄同时和单独检测Cd(II)，Cu(II)和Hg(II)性能分析

图4 Co/CoO/Co₃O₄同时检测和单独检测HMIs机理分析

图5 Co/CoO/Co₃O₄稳定性、抗干扰性及其在实际水样中的电化学性能

图6 Co/CoO/Co₃O₄的EIS测试及MS曲线测试

图7 DFT理论计算Co/CoO/Co₃O₄对HMIs的吸附能及其电荷密度

本文设计合成Co/CoO/Co₃O₄ Z型异质结。通过实验分析和DFT计算，可以发现Co/CoO/Co₃O₄由于其Co⁰/Co²⁺/Co³⁺循环和氧空位的协同作用表现出优异的电化学性能。本研究不仅研究了异质结中钴的不同价态对HMIs检测的影响，也为Z型异质结在传感领域的应用提供了基础。

Jianxiang Pang, Shan jin, Juan Hou, Gang Wang, Kaisheng Sun, Yang Zheng, Huanhuan Li, Yunfei Shen, Xiaodong Yang, Long Chen, Ultra-trace simultaneous detection of Hg(II), Cd(II), and Cu(II) and mechanism based on Co/CoO/Co₃O₄ Z-type heterojunctions Sensors and Actuators B: Chemical (2022) DOI: 10.1016/j.snb.2022.132725.

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