随着社会工业化与生产力的不断提高,与之所带来的有毒污染物也时刻威胁着人类的健康。其中水环境的安全尤为重要,因此需要一系列的技术手段来分析水中有害物质的含量,这就包括对于重金属离子的检测。在已有的检测方法中,电化学方法以方便经济且检测效率高而受到众多的青睐。一直以来在电化学检测重金属离子领域中,寻求同时具备敏感界面与高导电性的材料始终是研究的重点。尽管目前已有多种纳米材料取得了良好的表现,但由于检测机理的尚不完善,具有更高效检测机制的纳米材料有待开发。另外相比于新材料被报道实际的应用,探究材料本征性质与电化学行为之间的关系更有利于我们理解电化学检测过程的奥秘。本课题以锆基纳米材料作为修饰玻碳电极敏感材料,制造了含有掺杂及不同氧空位浓度的锆基纳米材料,研究它们所具备的不同物性与电化学行为之间的内在联系。主要的工作内容如下:(1)以简易的方法合成得到了 ZrO2与氮掺杂氧化锆后的Zr2ON2,并通过不同技术手段做了一系列分析。将它们修饰在玻碳电极上后以Hg(Ⅱ)为目标离子对比了各自的灵敏度,发现氮掺杂后的Zr2ON2电化学表现明显优于ZrO2。将Zr2ON2修饰后的玻碳电极验证了其电极的稳定性及在实际水样中检测中的可靠性。(2)利用水热法合成出了带有一定氧空位的ZrO2,将它分别在通入了空气或H2/Ar气体的管式炉中煅烧相同条件一共得到了三种ZrO2。电子顺磁共振(EPR)证明了三种ZrO2存在不同的氧空位浓度,并且发现它们对Pb(Ⅱ)的电化学检测灵敏度存在较大的差异。通过结合X射线光电子能谱(XPS),红外光谱(FT-IR),zeta电势仪,紫外可见吸收光谱仪(UV-VIS)来确定了 ZrO2中不同类型氧空位比例,带隙能,-OH含量和电负性。这些数据表明,优异的电化学性能来自氧空位和表面-OH的吸附作用,并与超氧自由基的协同作用相结合,从而提高了电催化能力。氧空位在材料中引入了新的密度状态,其浓度变化也改变了能带隙。这些发现进一步研究了改善半导体的低电导率和催化活性的问题,并为其他电催化环境敏感材料的开发提供了指导方向。