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基于单原子Pt的新烟碱类农药电化学传感器检测新方法研究

摘要

新烟碱类杀虫剂，例如噻虫胺（Clothianidin，CLO）和啶虫脒

（Acetamiprid，ACE），由于其高效且低毒的特性，在农业领域广泛应用

于刺吸式害虫的防治，其残留产物常见于农产品中。研究表明，农产品及

生产环境中新烟碱类农药残留可对人体健康构成潜在威胁。电化学传感器

因其操作简单、成本低以及可实现现场检测等优势，在农药残留检测方面

具有巨大的潜力。因此，构建可快速、灵敏检测新烟碱类农药残留的电化

学传感器具有重要意义。单原子催化剂（Single-atomcatalysts，SAC）由

于其充分暴露的活性中心和理论上的100%原子利用率，使其具有极高的

催化活性，在放大检测信号提升电化学传感性能方面具有显著的优势，对

于高效电化学传感器的构建具有极大潜力。基于此，本论文首先以葡萄糖

为碳源，HPtCl为金属前驱体，可控合成了单原子Pt，并利用合成的单

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原子Pt构建了不同新烟碱类农药电化学传感平台，并对其用于新烟碱类

农药（CLO和ACE）检测的信号放大机制及检测性能进行研究。本论文

的研究内容包括以下两个部分:

第一部分基于单原子Pt电化学传感器直接检测噻虫胺的研究

目的：利用葡萄糖和HPtCl热解合成三维石墨烯（Graphene

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frameworks，GFs）为载体的单原子Pt，并基于此建立可直接检测CLO的

电化学传感新方法。

方法：首先，通过透射电子显微镜（Transmissionelectron

microscopy，TEM）、高角度暗场扫描透射电子显微镜（Highangleangular

darkfield-scanningtransmissionelectronmicroscopy，HADDF-STEM）、X

射线衍射谱（X-raydiffractionspectrum，XRD）和X射线光电子能谱（X-ray

photoelectronspectroscopy，XPS）、X射线吸收谱（X-rayabsorption

spectrum，XAS）等技术，对单原子Pt的形貌、结构以及元素组成进行了

表征分析。其次，采用循环伏安法（Cyclicvoltammetry，CV）、电化学

阻抗谱（Electrochemicalimpedancespectrum，EIS）、线性扫描伏安法

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（Linearsweepvoltammetry，LSV）评价了单原子Pt修饰电极对CLO

的电催化活性与信号放大机制，并且对单原子Pt的电化学传感直接检测

CLO的性能进行了评价。此外，我们还研究了该传感器在实际样品（苹

果和番茄）中检测的可行性，并与高效液相色谱法（HPLC）进行比对分

析。

结果：首先，TEM、HADDF-STEM、XRD等表征技术显示单原子Pt

在GFs载体上的高度分散。XAS表征则进一步验证了单原子Pt的成功合

成，并揭示了单原子Pt与GFs通过Pt-O键结合。其次，电化学研究表明，

单原子Pt对CLO表现出显著增强的还原峰电流响应信号，并且CLO在

单原子Pt修饰电极表面的还原反应受扩散过程控制。采用LSV法研究了

还原峰电流与CLO浓度之间的关系，发现在一定的浓度范围内，还原峰

电流值随着CLO浓度的增加而增大，说明基于单原子Pt的电化学传感器

能够实现对CLO的灵敏检测。通过电流-时间技术评价了单原子Pt修饰

电极检测CLO的抗干扰能力，发现当向检测体系加入干扰物时，电流变

化可以忽略不计。此外，在实际样品的检测中，该传感器表现出良好的回

收率，其回收率结果与HPLC所得结果基本一致。

结论：以葡萄糖为碳源，HPtCl