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铁基层状双氢氧化物材料在电化学传感器中的应用及合成方法研究，综述了NiFe、CoFe、CuFe、MgFe等LDH材料的合成工艺、催化性能与传感机制，探讨了纳米复合材料构建传感器电极的协同效应，并分析了产业化面临的挑战与未来趋势。
Khursheed Ahmad|Vinay Kumar Tripathi|Rohit Kumar Singh Gautam|Vivek Mani Tripathi|Mohd Shabbir|Shanmugam Vignesh|Tae Hwan Oh
韩国庆尚北道岭南大学化学工程学院，大鹤路280号，38541
摘要
近年来，层状双氢氧化物（LDH）材料引起了科学界的广泛关注。这类材料在电化学应用中展现出巨大潜力，尤其是在电化学传感器的制备方面。LDH材料常与其他材料（如金属氧化物、MXene或碳基材料）结合使用，能够在电极表面产生协同效应，从而提升电化学反应的性能。基于铁（Fe）的LDH材料在电化学传感应用中具有诸多优势，因此NiFe、CoFe、CuFe和MgFe LDH材料被用作电极材料。先前的研究表明，当这些材料与其他材料结合时，能够表现出优异的催化活性。本文简要介绍了LDH基材料的合成方法，并讨论了其在电化学传感器中的应用性能，同时阐述了其对污染物和生物分子的检测机制。此外，还分析了这类材料在实际应用中面临的挑战及发展趋势。我们相信，本综述报告将对从事LDH基材料电化学传感研究的人员有所帮助。
引言
随着工业化和全球人口的快速增长，环境污染问题日益严重，这对人类健康和水生生物构成了威胁[1]。工业和制药废弃物中释放出的多种污染物及有毒物质[2][3][4]对环境和人类健康构成威胁。因此，监测这些污染物至关重要。传感技术是实现环境安全和人类健康的重要手段[5]。传统的色谱法或光谱法等检测方法可用于监测污染物[6]，但这些方法存在耗时、成本高昂、样品处理复杂以及需要较大安装空间的缺点[7]。因此，需要探索其他更有效的传感技术。
电化学传感技术（如差分脉冲伏安法（DPV）、循环伏安法（CV）、方波伏安法（SWV）和线性扫描伏安法（LSV）以及安培法）因其在目标分析物和污染物检测方面的高灵敏度和选择性而受到研究者的极大关注[8][9]。电化学方法还具有低成本、便携性强、操作简便、易于制备电极以及能够回收实际样品等优点[10][11]。通常，电化学方法采用三电极系统，其中工作电极的表面需要通过纳米结构和导电材料进行改性[12][13][14]。目前已有多种电极材料（如金属氧化物[15]、聚合物材料[16]、碳基材料[17]、层状双氢氧化物（LDH）[19]和MXenes[20]）被用于电极表面改性。
近年来，LDH材料被广泛应用于多种领域[21][22][23]，尤其在吸附[24]、光学[25]和光催化[26]方面表现出优异性能。基于铁的LDH材料（如NiFe）在超级电容器[27]、电池[28]、氧气生成[29]、传感器[30]、水分解[31]、电催化[32]和氢气生成[34]等应用中得到广泛应用。文献表明，LDH材料是电化学应用中的理想候选材料[35][36][37][38][39]。虽然已有相关综述讨论了LDH材料及其复合材料在储能领域的应用[40]，但针对基于铁的LDH材料在电化学传感领域的应用仍缺乏系统性的研究。因此，本文总结了关于NiFe、CuFe、CoFe和MgFe LDH及其复合材料在电化学传感中的应用进展，并分析了未来发展的挑战和趋势。相关研究结果可见图1a-f。
章节摘录
水热法
水热法可用于合成纳米结构材料（如金属氧化物）。该技术具有形态控制、pH值调控以及反应温度和时间控制的优点。Chen等人[41]利用水热法制备了含有氧化铁（FeOOH）和氧化石墨烯（GO）的NiFe LDH复合材料；类似的材料也可通过乙二醇辅助的水热法制备[42]。
基于NiFe LDH的传感器
NiFe LDH是常用的基于铁的LDH材料，常用于电化学传感器的构建。Tao等人[66]利用NiFe LDH改性的镍泡沫（NF）电极开发了一种新型过氧化氢（H2O2）电化学传感器。该传感器通过水热法制备，其微观结构通过扫描电子显微镜（SEM）进行了观察。实验结果表明，NiFe LDH表面由纳米片层构成。
结论与展望
综上所述，基于铁的LDH材料（NiFe、CoFe、CuFe和MgFe）及其复合材料在电化学传感器领域具有广泛应用前景。这类材料具有优异的物理化学性质，表面含有羟基，铁与钴（Co）、铜（Cu）或镍（Ni）等元素之间存在协同作用。综述文章指出，NiFe基传感器在环境污染物检测方面具有广泛应用潜力。
作者贡献声明
Khursheed Ahmad：撰写初稿、概念构建、数据分析、方法设计、监督工作。Vinay Kumar Tripathi：审稿与编辑、概念构思。Rohit Kumar Singh Gautam：审稿与编辑、数据整理。Vivek Mani Tripathi：审稿与编辑、概念构思。Mohd Shabbir：数据分析。Shanmugam Vignesh：数据分析与验证。Tae Hwan Oh：审稿与编辑、资金筹集、资源协调。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的财务利益冲突或个人关系。
致谢
本研究得到了庆尚北道区域创新系统与教育项目（[000单位）的支持。
