可重复使用的超灵敏SERS基ZnTiO3气凝胶传感平台实现有毒污染物的精准痕量检测

　　本研究开发了一种新型ZnTiO3钙钛矿气凝胶SERS（表面增强拉曼散射）基底，通过溶胶-凝胶法和超临界干燥技术构建三维多孔结构，利用钙钛矿电子结构和气凝胶高比表面积的协同效应，显著增强化学增强机制（CEE）驱动的电荷转移效率。该平台对亚甲基蓝（MB）、环三亚甲基三硝胺（RDX）和噻苯达唑（TBZ）的检测限分别达10-9 M、10-6 M和10-8 M，且经盐酸循环清洗10次后仍保持84%以上信号强度，突破了传统贵金属基底不可再生的限制，为环境毒物监测提供了超高灵敏度且可重复使用的解决方案。

　　

Synthesis of ZnTiO₃ aerogel

将醋酸锌（3.65 g）溶于乙醇（20 mL）和去离子水（1 mL）中，在30-40℃下形成溶液A。将钛酸四丁酯（6.4 mL）和HCl（0.4 mL）与乙醇（32 mL）混合，搅拌30分钟得到溶液B。在搅拌下将溶液A缓慢加入B中，随后逐滴加入水-乙醇混合液（2 mL H₂O + 5 mL乙醇）以诱导水解。剧烈搅拌10分钟后，将溶胶注入模具中，在60℃老化4小时形成凝胶。凝胶经超临界CO₂干燥和热处理后获得最终气凝胶材料。

Synthesis and characterization of ZnTiO₃ aerogels

如图1a所示，通过溶胶-凝胶法制备ZnTiO₃湿凝胶，经CO₂超临界干燥及不同温度热处理后，得到五种气凝胶（ZTO-none、ZTO-500、ZTO-600、ZTO-700和ZTO-800）。图1b显示，该材料在HCl清洗重复使用10次后仍能保持80%以上信号强度，展现出卓越的再生稳定性。

Conclusion

本研究成功开发了一种兼具超高灵敏度和优异环境稳定性的钙钛矿基ZnTiO₃气凝胶双功能SERS基底。通过协同钙钛矿晶体独特的电子结构与气凝胶的三维多孔网络，该材料以化学增强效应（CEE）实现了高达4.56×10⁶的增强因子，展现出超高性能。