《Advanced Composites and Hybrid Materials》：Laser-driven molecular hybridization of Sm(OH)3:Se nanocomposites with tailored electronic states for antibiotics sensing
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本研究报告针对复杂植物基质中痕量抗生素检测的难题，介绍了一种创新的激光诱导分子工程（LIME）策略，用于制备硒掺杂的氢氧化钐/石墨烯（Gr/Sm(OH)3:Se）纳米复合材料。该研究旨在开发一种可直接用于栽培生菜组织中磺胺甲恶唑（SMX）检测的电化学传感器。研究证实，LIME策略能够实现功能元素的分子级集成，创造出富含缺陷的界面，从而显著提升了电子迁移率并提供了丰富的活性位点。所构建的传感器表现出高灵敏度（1.83 μA (μg/g)?1cm?2）、优异的选择性和长期稳定性（> 30天），能够在不进行人工样品加标的情况下实现可靠的痕量检测。实际样品分析进一步揭示了用SMX污染水灌溉的生菜中SMX积累量更高。这项工作为分子水平工程设计电极材料提供了新思路，推动了植物中抗生素残留的实时监测技术发展。
随着现代农业和养殖业的集约化发展，抗生素被广泛用于防治疾病和促进生长，但其滥用和不当处置导致了抗生素在环境中的残留和扩散。这些残留物可以通过灌溉水、土壤等途径进入农作物，例如我们日常食用的生菜，最终通过食物链威胁人类健康。磺胺甲恶唑（Sulfamethoxazole, SMX）作为一种常见的磺胺类抗生素，便是环境水体中频繁检出的污染物之一。然而，在复杂的植物组织基质中，准确、快速地检测出极其微量的SMX是一项巨大挑战。传统的检测方法往往步骤繁琐、耗时耗力，或需要昂贵的大型仪器，难以实现现场、实时的监测。因此，开发一种高灵敏度、高选择性且易于操作的新型传感平台，对于保障食品安全和评估环境风险具有紧迫的现实意义。
为了应对这一挑战，一项发表在《Advanced Composites and Hybrid Materials》上的研究提出了一种巧妙的材料设计和制备策略。研究人员没有采用传统的化学合成或简单的物理混合方法，而是引入了一种名为激光诱导分子工程（Laser-Induced Molecular Engineering, LIME）的技术。这项研究的核心目标是创造一种新型的纳米复合材料，能够直接、高效地用于生菜组织中SMX的电化学检测。
研究人员开展此项研究主要运用了几个关键的技术方法。首先是材料的理性设计与LIME制备：研究者设计并利用激光辐照，将硒（Se）分子水平地掺入氢氧化钐（Sm(OH)3）晶格中，并与石墨烯（Graphene, Gr）复合，构筑了Gr/Sm(OH)3:Se纳米复合材料。其次是系统的材料表征：通过X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）等多种技术，深入分析了材料的晶体结构、元素组成、化学态和微观形貌。再者是电化学性能评估：采用循环伏安法（CV）、电化学阻抗谱（EIS）和差分脉冲伏安法（DPV）等手段，系统评价了所制备材料修饰电极的电催化活性、电子转移能力和对SMX的检测性能。最后是实际样品分析：将构建的传感器应用于实际栽培（使用含SMX水灌溉）和未污染水灌溉的生菜样本，验证其在实际复杂基质中的检测可靠性与实用性。
材料设计与表征
通过LIME策略成功制备了Gr/Sm(OH)3:Se纳米复合材料。表征结果表明，激光产生的局域光热和光化学效应，不仅促进了Se均匀地掺入Sm(OH)3晶格，还将材料表面的M–OH基团转化为M–O键。这一变化在氧的2p价带中产生了空穴，从而显著优化了材料的电子结构。
增强的电化学性能
电化学测试表明，与未修饰电极或单一组分材料相比，Gr/Sm(OH)3:Se复合材料修饰的电极表现出更快的电子转移动力学和更强的电催化活性。这归因于LIME过程创造的富含缺陷的界面、增强的电子迁移率以及大量暴露的活性位点，共同促进了SMX在电极表面的吸附和氧化还原反应。
优异的传感性能
基于Gr/Sm(OH)3:Se的传感器对SMX展现出卓越的检测能力。其灵敏度高达1.83 μA (μg/g)?1 cm?2，并且具有宽线性范围、低检测限和出色的选择性，能够有效抗干扰于生菜组织中常见的其他离子和有机物。传感器在超过30天的测试中保持了稳定的信号响应，证明了其良好的长期稳定性。
实际样本验证
在实际生菜样本检测中，该传感器无需复杂的样品前处理（如人工加标），即可直接进行检测。分析结果证实，用SMX污染水灌溉的生菜组织中，SMX的积累量显著高于用洁净水灌溉的对照组，这直观揭示了灌溉水污染导致的抗生素植物累积风险。
本研究成功开发了一种基于激光诱导分子工程（LIME）制备的Gr/Sm(OH)3:Se纳米复合材料，并将其用于构建高性能电化学传感器。该工作从分子层面阐释了LIME如何通过引入Se掺杂和改变表面化学（M–OH 向 M–O转化）来精细调控材料的电子态，从而创造出具有丰富活性位点和优异电荷传输能力的界面。所构建的传感器实现了对植物组织中痕量磺胺甲恶唑（SMX）的高灵敏、高选择性和稳定检测，突破了复杂生物基质直接分析的瓶颈。实际样本的成功应用进一步凸显了该技术的实用价值。这项工作不仅为抗生素残留监测提供了一种强有力的新工具，更重要的是，它将LIME确立为一种通用且可控的分子工程策略，为未来按需设计功能化电极材料、推动环境与食品安全实时传感技术的发展开辟了新途径。
