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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研究員黃行九團隊針對離子傳感界面結構適應性進(jìn)行研究，開(kāi)發(fā)了一種高穩定性自適應一體式界面。

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，近年來(lái)展現出廣闊的應用前景。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(kāi)發(fā)了一系列轉導層材料，實(shí)現了多種常見(jiàn)電解質(zhì)離子的高穩定性檢測。研究發(fā)現，離子傳感性能對傳感器的穩定性和可靠性至關(guān)重要，其性能本質(zhì)上受限于傳感界面的材料特性及結構特征。

基于此，團隊進(jìn)一步開(kāi)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）高穩定性自適應一體式傳感界面。該界面通過(guò)時(shí)空自適應調控，實(shí)現底部轉導層與頂部單片式傳感結構的自發(fā)無(wú)縫集成，從而確保了界面優(yōu)異的適應性。

通過(guò)深入研究系統界面結構的合理性以及界面作用機制，團隊基于電化學(xué)模型數值模擬發(fā)現，自適應一體式界面結構系統具有最大轉導層電荷電流和最小擴散電流的最佳界面穩定性。結合同步輻射XAFS技術(shù)，進(jìn)一步揭示了親脂性陰離子（TFPB^-）在2.0 CTA-MoS₂表面吸附驅動(dòng)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出優(yōu)異的界面穩定性（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(shí)實(shí)現了對工業(yè)廢水樣品的準確檢測（回收率90%—115%），顯示出實(shí)際應用潛力。

此外，研究團隊開(kāi)發(fā)的具有自適應一體式界面結構的通用陽(yáng)離子選擇性傳感器（K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Pb²⁺、Cd²⁺和Cu²⁺），在寬線(xiàn)性范圍內展現出近能斯特響應。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(zhù)提升了傳感界面的穩定性。

該研究工作為高性能傳感界面構建提供了有效策略和重要參考。

相關(guān)研究成果發(fā)表在《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）上。研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金等的支持。

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