高性能碳酸根离子传感：新型无离子选择膜Pb/PbCO3电极的开发与应用

（编辑推荐）本研究创新性地开发了一种无离子选择膜（ISM-free）的Pb/PbCO3电极，通过原位电化学沉积PbCO3纳米片晶膜，实现了碳酸根离子（CO32?）的高效检测。该电极兼具离子识别与信号转导功能，克服了传统全固态离子选择电极（ASS-ISEs）的多界面不稳定性和水层干扰问题，展现出近能斯特响应（?32.7 mV·decade?1）、宽线性范围（10?5.15–10?3.13 mol·L?1）及优异抗干扰性，为海洋酸化监测提供了低成本、可规模化解决方案。

　　

Highlight

本研究通过电化学方法在铅电极表面原位制备PbCO₃纳米片晶膜，开发了一种新型无离子选择膜（ISM-free）的Pb/PbCO₃电极，用于高效检测碳酸根离子（CO₃^2?）。该设计巧妙整合了离子识别与信号转导功能，避免了传统全固态离子选择电极（ASS-ISEs）的多层结构不稳定性问题。

Reagents, instruments and software

实验采用硝酸铅（Pb(NO₃)₂）、碳酸钾（K₂CO₃）等分析纯试剂，通过循环伏安法（CV）优化电极制备条件，并借助扫描电镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）等表征膜结构。

Electrochemical characteristics of Pb electrodes in K₂CO₃ solution

在1 mol·L^?1 K₂CO₃溶液中，铅电极的循环伏安曲线显示：?0.7 V处出现预氧化峰（Peak I），随后在0.4 V附近的主氧化峰（Peak II）对应PbCO₃膜的形成。还原过程则观察到PbCO₃的溶解峰（Peak III），证实了可逆的电化学行为。

Conclusions

该电极展现出近理想的能斯特响应（?32.7±1.2 mV·decade^?1）和快速响应时间（35秒），且对NO₃^?、SO₄^2?等常见阴离子抗干扰性强。通过铅纳米颗粒（PbNPs）修饰进一步抑制副产物PbO/PbO₂生成，提升了稳定性，为海洋环境实时监测提供了新工具。