在现代研究时代，纳米技术因其对材料的巨大潜力而备受关注。纳米结构材料包括：纳米级导线、薄膜、碳纳米管、金属和金属氧化物纳米颗粒、生物材料以及生物聚合物[1]。纳米技术需要全面了解纳米材料对健康和环境的影响[2]。为了生产高价值的产品，科学家们正试图从绿色资源中制造新型材料，以替代合成聚合物，并引入环保型纳米材料。为此，基于植物的纳米材料因其天然丰富性和独特的物理化学性质而变得尤为重要。其中，纤维素作为一种出色的生物材料，具有丰富的表面化学性质、成本效益高的合成方法、生物可利用性、热稳定性、高强度、低密度以及可生物降解性。纤维素是植物细胞壁的主要成分，由木质素和半纤维素组成。在植物中，它们被排列和聚集形成尺寸从微米到纳米不等的纤维素纤维。这类多糖已被改性，用于设计具有特定性能的纳米复合材料[3]。由于纤维素的独特性质，可以制造出新的材料，这些材料可用于制造轻质复合材料、纸张和纺织品。纤维素材料（包括纤维素纤维和凝胶等）可作为还原剂或稳定剂，用于制备金属纳米颗粒。这是因为纤维素链上含有大量的羟基官能团，使其能够作为温和的还原剂，替代了二甲基甲酰胺、硼氢化钠和肼等有害化学还原剂[4]。然而，纤维素与其他金属的纳米复合材料能够增强纳米纤维素的性能。
本研究的最终目标是使用基于纤维素的纳米复合材料进行阴离子检测。阴离子检测是一个重要的研究课题，因为它们在维持环境和人体生理功能中起着重要作用。无机阴离子是一类存在于饮用水中的有害污染物，具有毒性和致癌性，因此需要高灵敏度地选择性地检测这些阴离子。地表水和地下水中的阴离子会导致严重污染，从而对健康造成严重影响[5]。阴离子还对环境产生负面影响，例如大量的氟会导致氟中毒。某些阴离子对人类生活和环境构成威胁，如磷酸盐（PO43−）和氰化物（CN−）[6]。这些阴离子来自各种来源，例如硝酸盐和硫酸盐是酸雨的主要成分，而肥料中也含有硝酸盐和磷酸盐。复杂的阴离子（如钚阴离子）是核燃料加工和纯化的副产品，而有毒的氰化物则在黄金开采过程中被释放到周围环境中而未经处理[7]。有许多方法可用于检测和量化环境中的阴离子，如超滤、沉淀、色谱法、毛细管电泳、比色法、反渗透和离子交换法。但这些方法成本高昂、耗时且容易受到干扰，还需要专业的操作技能和昂贵的仪器设备。因此，需要一种坚固、简便、特异性强、成本效益高且环保的检测方法。
在所有报道的吸附材料中，利用农业废弃物中的纤维素作为通过静电相互作用吸附阴离子的表面基质是合适的。稻壳是一种丰富的农业废弃物，含有45%至50%的有机碳，表明其成分中含有大量的纤维素[8]。稻壳由35%的纤维素、20%的木质素、25%的半纤维素和15-17%的二氧化硅组成[9]。由于纤维素含量较高，稻壳作为原料比其他材料更为优越。
包括银（silver）、金（gold）、钯（palladium）在内的贵金属纳米结构已被研究用于多种医疗和环境应用。在所有过渡金属中，银纳米颗粒因其优异的物理和化学性质（如高强度、良好的分散性、低电阻、热稳定性、机械性能、电性能、光学性能和生物性能）而被广泛使用。在本研究中，银纳米颗粒被用来合成银/纳米纤维素复合材料[10]。为了进一步提高银/纳米纤维素复合材料的选择性，通过添加掺杂剂对其进行改性[11]。在本研究中，银纳米纤维素掺杂了铜，以提高材料的性能。这种生物制造的材料解决了与环境废物管理相关的挑战，并为现有方法提供了可持续的替代方案[12]。
尽管已有大量关于基于金属纳米颗粒和纤维素基底的化学传感研究，但据我们所知，尚未有使用铜掺杂银纳米纤维素复合材料来检测硝酸盐、硫化物和亚硫酸盐离子的研究。本研究的创新之处在于开发了一种嵌入纳米纤维素基质中的双金属框架。铜掺杂银纳米颗粒改变了其电子结构，改善了纳米复合材料与目标阴离子之间的电荷转移，从而增强了它们之间的相互作用。纳米纤维素基质具有丰富的表面官能团，提供了较大的吸附表面积，提高了纳米复合材料的阴离子检测效率。与传统单金属系统相比，铜和银纳米颗粒之间的协同作用提高了复合材料的灵敏度和选择性，使其成为最先进的阴离子检测材料。
本研究在受控实验室环境中研究了合成材料的传感响应，通过在复杂或工业环境中进一步评估其适用性，可以进一步增强该材料的实用性。所提出的研究机制得到了光学和结构特性的支持，未来的研究可以包括使用先进分析技术进行表征，以更深入地了解吸附过程。
