近日，我院李坤权教授课题组在国际知名学术期刊《Sensors & Actuators: B. Chemical》(TOP5，南农A类期刊)上发表题为 “Dual-role boron and oxidized phosphorus in collectively constructing the signal-amplified bio-carbon electroanalysis platforms for simultaneous recognition of sulfite and nitrite in aquaculture”的研究性文章。该研究成功开发了硼磷共改性生物炭电化学传感平台，实现了水产养殖环境及产品中亚硫酸盐（SO32-）和亚硝酸盐（NO2-）的高灵敏同步检测，为水产食品安全与环境监测提供了绿色高效的新技术方案。
水产养殖中，亚硝酸盐作为生物蛋白合成前体、亚硫酸盐作为甲壳类保鲜剂被广泛应用，但过量残留会引发水体富营养化、水生生物死亡，且通过食物链累积危害人体健康（如婴儿高铁血红蛋白血症、成人胃癌风险等）。传统检测方法存在操作复杂、金属基传感器易溶出、单一掺杂生物炭活性不足等问题，开发低成本、高选择性的同步检测技术成为行业迫切需求。
课题组以具有天然木质纤维结构的棉秆为原料，通过超声原位聚合-高温热解工艺，构建了硼（B）磷（P）共改性生物炭敏感材料（BP-bioC）。研究发现，当硼酸/磷酸质量比优化为0.2时，制备的BP-0.2-bioC展现出最优性能：硼元素发挥双重关键作用—金属性硼（C3B）显著提升电子转移效率、降低界面阻抗，非金属性硼（C2BO/CBO2）通过磷硼受阻路易斯对（FLPs）促进氧化磷（C₃P=O）形成，进而构建出独特的C3B-C3P=O活性位点对；同时硼掺杂大幅改善材料润湿性（接触角从127°降至21°），确保传感过程中活性位点的高效暴露。
基于该材料构建的电化学传感平台（BP-0.2-bioC/ESPs）表现出优异的检测性能：亚硫酸盐和亚硝酸盐的检测限分别低至34.71μM和2.10μM，线性范围分别覆盖100μM-10 mM和10μM-1 mM，且两种离子的氧化峰电位差达0.42 V，实现无干扰同步识别。该平台具备良好的重复性（RSD≤2.4%）、长期稳定性（12天保持90%以上活性）和抗干扰能力，能耐受水产环境中常见离子、抗生素、微塑料等共存物质的影响。在实际水产养殖水和蟹肉样品检测中，回收率达95.00%-105.00%，检测结果与碘量法、紫外—可见光谱法等标准方法高度一致（RSD≤±5%）。
密度泛函理论（DFT）计算进一步证实，zigzag方向上间隔2个碳原子的C3B-Z2-C3P=O为最优活性位点对，其中C3B优先与亚硝酸盐反应，C₃P=O特异性结合亚硫酸盐，从原子层面揭示了同步检测的分子机制。该研究首次在生物质基电化学传感领域阐明了硼磷共掺杂的协同作用机制，为设计高灵敏生物炭基电化学传感器提供了理论指导与技术支撑。
图2.同步定量检测性能、重复性、重现性、稳定性以及抗干扰性
南京农业大学工学院为本文唯一通讯单位，李坤权教授为通讯作者，博士生申毅锋为第一作者，博士生薛艳、苗胜盛、本科生马程杰、程俊奥及硕士生Dilli Ram Acharya为研究主要参与者。该研究得到江苏省研究生科研创新计划、国家自然科学基金及江苏省自然科学基金等项目资助。
文章链接:https://doi.org/10.1016/j.snb.2025.138906
