基于立方体ZIF-8/还原氧化石墨烯的电化学传感器通过增强静电相互作用检测聚苯乙烯微塑料

《Journal of Water Process Engineering》：Electrochemical sensor based on cubic ZIF-8/rGO with enhanced electrostatic interaction for detection of polystyrene microplastics

　　本文开发了一种基于立方体ZIF-8/还原氧化石墨烯（C-ZIF-8/rGO）的新型电化学传感器，通过增强静电相互作用选择性捕获聚苯乙烯微塑料（PS-MPs）。该传感器具有宽检测范围（25–500 μg mL?1）、超低检测限（1.19 μg mL?1）及优异选择性/稳定性（28天后信号保留91.6%）。DFT计算首次揭示C-ZIF-8/rGO与PS-MPs原子级相互作用机制，实际水样验证回收率达97.6–106.6%，为原位微塑料监测提供新策略。

　　

亮点

本研究成功构建了基于C-ZIF-8/rGO复合材料的电化学传感器，首次通过密度泛函理论（DFT）计算在原子水平揭示了立方体ZIF-8与聚苯乙烯微塑料（PS-MPs）的界面相互作用机制。通过调控材料表面电荷特性，实现了对PS-MPs的高效静电捕获，传感器表现出卓越的检测性能与环境适用性。

材料与试剂

实验所用材料包括六水合硝酸锌（Zn(NO₃)₂·6H₂O）、二甲基咪唑（2-Melm）、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、甲醇、无水乙醇等化学试剂，所有试剂均未经过进一步纯化直接使用。

C-ZIF-8/GO的物理化学表征

通过扫描电子显微镜（SEM）和能量色散光谱（EDS）对材料微观结构与元素组成进行分析。如图1(a)所示，制备的C-ZIF-8呈现均匀立方体结构，这归因于阳离子表面活性剂CTAB作为形貌导向剂，通过溶液中形成胶束调控金属有机框架（MOF）颗粒尺寸与形状。C-ZIF-8粒径约为90纳米（图1(b)），其立方体结构为增强表面电荷密度提供了理想基底。

结论

针对微塑料（MPs）日益严峻的生态风险，本研究开发的C-ZIF-8/rGO复合材料传感器实现了对MPs的有效检测。通过DFT计算首次从原子层面阐明立方体ZIF-8与PS-MPs的界面相互作用机制，揭示增强静电相互作用对提升检测灵敏度的关键作用。该工作为高性能水生环境分析传感器的设计提供了新思路。