NiFe₂O₄是一种尖晶石化合物，由于其高天然饱和度和显著的电催化性能而引起了研究人员的极大兴趣。同时，CeO₂可以引入结构缺陷，增强材料的功能性能。

在本研究中，我校水资源与环境学院博士生詹浩男在薛强副教授的指导下通过用NiFe₂O₄和CeO₂纳米颗粒修饰激光诱导石墨烯（LIG）电极，开发了一种纸基的电化学传感器并采用各种表征方法测定电极的形态结构和电化学性能：

1．成功制备一种一体化LIG电极，参比电极由涂抹银浆制备而工作电极由NiFe₂O₄和CeO₂纳米颗粒共同修饰制备，与传统三电极系统对比，这种基于聚酰亚胺薄膜的集成LIG电极具有以下优点：成本效益高，适合大规模生产。它的柔性基底允许它在使用过程中弯曲，更有利于实际检测应用；

2．利用各种分析手段探究信号提升原理以及评估传感器实际性能，包括扫描电镜，电化学活性测试, X 射线衍射，拉曼光谱以及接触角。由循环伏安扫描、阻抗等电化学表征手段证明了一体化电极更高的电子转移能力和催化活性。

3．运用泛函数密度计算理论进一步探究电极材料与目标物的电子转移情况，基于元素多价态存在，两种修饰物给电极带来了更多的吸附位点以及更加连续的电子分布和充分的电子转移情况，使点信号得到提升。

4．在最优条件下，最终电极具有优秀的抗干扰性、重复性以及8 μg L^-1至2 mg L^-1的宽线性范围和1.72 μg L^-1的检出限，与标准检测方法的对比中也体现了令人满意的结果，具有出色的使用前景和市场。

图1 电极修饰制备过程

图2 LIG (a)，NiFe₂O₄/CeO₂/LIG (b)的SEM图像，(c) NiFe₂O₄/CeO₂/LIG (d)的能谱图以及相应的O (e)、Fe (f)、Ni (g)和Ce (h)的详细元素分布

图3 LIG、NiFe₂O₄/LIG和NiFe₂O₄/CeO₂/LIG的EIS (a)和拟合阻抗(b)。不同电极的SWCSV测量值(c)和CV测量值(d)的比较。LIG (e)、NiFe₂O₄/LIG (f)和NiFe₂O₄/CeO₂/LIG (g)的DOS图以及NiFe₂O₄/LIG (h)和NiFe₂O₄/CeO₂/LIG (i)的电荷密度差

图4 (a)与NiFe₂O₄/CeO₂/LIG的标准方法分析对比及(b)在水环境中的实际检测应用

上述研究成果发表于材料领域国际权威期刊《Journal of Materials Chemistry A》上：H. Zhan, J. Wang, Q. Xue, Y. Liu, Z. Liu, H. Xie, L. Xiao, R. Bi and M. Olivo, Determination of Mn2+ using a paper-based flexible electrochemical sensor modified by NiFe2O4 and CeO2 nanoparticles, Journal of Materials Chemistry A, 2025, 13, 9910-9922.

全文链接：http://dx.doi.org/10.1039/D5TA00768B