2021年CAIA獎一等獎：基于同步輻射技術的環境電分析傳感機理研究
完成單位：中國科學院合肥物質科學研究院、中國科學院上海高等研究院
完成人：楊猛，李麗娜，李培華，陳石華，黃行九
成果簡介：
發展高效的電化學敏感界面用于環境中重金屬污染物的檢測是電分析化學領域的研究熱點之一，揭示其傳感機理對于設計高性能的電化學傳感器具有重要理論指導意義。同步輻射技術在闡明敏感界面與重金屬之間的相互作用關系具有獨特優勢。項目組依托大科學裝置同步輻射X 射線吸收精細結構（XAFS）等光譜技術，結合電極微觀動力學數值模擬及理論計算等手段，系統研究了基于原子級調控的敏感界面對重金屬的電分析行為，并從催化的角度深入研究了重金屬離子電分析的傳感機理。取得的創新性成果如下：（1）從反應能壘、成鍵方式及電子轉移過程等原子層面揭示了單原子材料高靈敏、高選擇性檢測As(III)等重金屬污染物的傳感機理；（2）發現了金屬間置換的電分析信號干擾效應，揭示了電化學檢測過程中共存離子的干擾機制；（3）提出了通過原子層面調控敏感材料催化活性位點構建高靈敏、高選擇性電化學傳感界面的普適性策略。研究成果為設計高靈敏、抗干擾的重金屬電化學傳感器提供了重要理論指導和技術支撐。
自2018 年以來， 在Analytical Chemistry 、Chemical Communications、Small、Trends in Analytical Chemistry 等期刊上發表相關研究論文30 篇（中科院一區論文20 篇、封面論文3 篇），并得到了國內外同行的認可和高度評價，在環境分析領域產生了積極的影響。
創新點及科學價值：
（1）揭示了單原子材料高靈敏、高選擇性檢測As(III)等重金屬污染物的傳感機理；
（2）發現了金屬間置換的電分析信號干擾效應，揭示了電化學檢測過程中共存離子的干擾機制；
（3）提出了通過原子層面調控敏感材料催化活性位點構建高靈敏、高選擇性電化學傳感界面的普適性策略。研究成果為設計和構筑電化學傳感器提高對重金屬污染物檢測的靈敏度與準確性提供了重要的理論指導和技術支撐。
社會經濟效益：
基于開發的敏感材料構筑的電化學傳感器已用于研制的重金屬在線分析儀上，實現了對低濃度重金屬污染物的準確檢測，并已經在安徽省淮南市潘集鎮煤礦塌陷區（東辰生態園）水域作為試驗點進行實際水樣中重金屬污染物的檢測與監測，具有良好的社會經濟效益。
應用前景：
基于在電化學分析新原理、新方法方面的研究成果開發的重金屬在線分析儀必將成為水質安全監測的重要工具，可廣泛應用于實際環境中重金屬污染物的快速篩查與現場監測，具有廣闊的應用前景。
