近期，中國科學院合肥物質院固體所黃行九研究員團隊針對離子傳感界面結構適應性進行了研究，開發(fā)了一種高穩(wěn)定性自適應一體式界面。相關研究成果作為內封面文章發(fā)表在國際期刊Advanced Materials上。

全固態(tài)離子選擇電極作為智能生物和化學傳感器的關鍵組成部分，近年來展現(xiàn)出廣闊的應用前景。研究團隊在前期工作中，基于三明治型全固態(tài)界面結構開發(fā)了一系列轉導層材料（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)定性和可靠性至關重要，其性能本質上受限于傳感界面的材料特性及其結構特征。

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+）調控的親脂性二硫化鉬（2.0 CTA-MoS₂）的高穩(wěn)定性自適應一體式傳感界面。該界面通過時空自適應調控，實現(xiàn)了底部轉導層與頂部單片式傳感結構的自發(fā)無縫集成，從而確保了優(yōu)異的適應性。

通過深入研究系統(tǒng)界面結構的合理性以及界面作用機制，團隊基于電化學模型數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，自適應一體式界面結構系統(tǒng)具有最大轉導層電荷電流和最小擴散電流的最佳界面穩(wěn)定性。結合同步輻射XAFS技術，進一步揭示了親脂性陰離子（TFPB^-）在2.0 CTA-MoS₂表面吸附驅動的混合電容轉導機制。

在應用驗證方面，以鎘離子檢測為例，自適應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)廢水樣品的準確檢測（回收率90% - 115%），顯示出實際應用潛力。

此外，研究團隊開發(fā)的具有自適應一體式界面結構的通用陽離子選擇性傳感器（K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Pb²⁺、Cd²⁺和Cu²⁺），在寬線性范圍內展現(xiàn)出近能斯特響應。與基于2.0 CTA-MoS₂所構建的全固態(tài)及單片式界面結構相比，該設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、國家自然科學基金、中國科學院青年創(chuàng)新促進會等項目的資助。

論文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202501749

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

圖2. 封面圖。