基于納米半導體構建的電化學和光電化學傳感器用于環(huán)境污染物監(jiān)測研究.pdf

1、納米半導體材料具有較好的生物相容性以及較高的光電化學活性，是構建新型電化學以及光電化學傳感器的熱門材料。然而納米半導體材料的光生電子-空穴對的復合率較高，光電化學活性還有很大的提升空間。石墨烯是一種由單層碳原子構成的新型二維碳納米材料，具有極好的導電性，可以顯著抑制納米半導體光生電子-空穴對的復合，從而提高納米半導體材料的光電化學活性。本論文基于納米半導體材料（TiO2、量子點），結合液相沉積技術、層層組裝技術、分子印跡技術構建了高性能

2、電化學傳感器和光電化學傳感器，并利用石墨烯對納米半導體材料進行改性以提高光電化學傳感器的性能，成功地用于環(huán)境污染物的高靈敏檢測。論文的主要研究內容如下：
　　（1）利用液相沉積（LPD）技術，將血紅蛋白（Hb）固定在TiO2膜電極內，制備了具有生物活性和光電活性的雙功能電極，用以研究 Hb的直接電化學。通過液相沉積過程，Hb與TiO2、十二烷基磺酸鈉（SDS）被同時沉積固定在玻碳電極表面構成LPD Hb/SDS/TiO2復合膜。循

3、環(huán)伏安表征顯示復合膜內的Hb與電極之間的電子傳遞速率得到了顯著提高，Hb的一對可逆氧化還原峰和 TiO2的特征峰清晰地顯現?；贖b對H2O2的電催化活性，LPD Hb/SDS/TiO2復合膜可作為檢測H2O2的電化學傳感器，線性范圍是5.0×10-7-4.0×10-5 mol L-1，檢測限（3倍信噪比）為8.7×10-8 mol L-1。同時，此LPD Hb/SDS/TiO2復合膜還保留了TiO2的光電化學活性，在長時間紫外光照射后

4、，LPD Hb/SDS/TiO2復合膜的電化學性質發(fā)生了變化，其對H2O2的電催化響應靈敏度得到了顯著提升。
　　（2）采用水相加熱法合成了水溶性CdS量子點（CdS QDs），結合層層組裝技術，將CdS QDs和DNA固定在石墨電極表面生成CdS QDs/DNA復合膜。由于DNA與亞甲基藍（MB）之間有很強的相互作用，CdS QDs/DNA復合膜對MB的可見光電響應與CdS QDs薄膜相比有了大幅提高，由此構建一種基于CdS Q

5、Ds/DNA復合膜的光電化學傳感器檢測MB。該傳感器對MB的線性響應范圍是3.0×10-8–3.0×10-6mol L-1，檢測限（3倍信噪比）為1.4×10-8 mol L-1。傳感器的靈敏度較高，具有良好的重現性、穩(wěn)定性，對一些染料也具有一定的選擇性。
　?。?）基于CdS量子點與石墨烯（GR）復合納米材料，結合分子印跡（MIP）技術，構建了一種新型的MIP/CdS QDs-GR/FTO修飾電極可見光電化學傳感器，用于4-氨基

6、酚檢測研究。電化學阻抗圖譜顯示，GR的摻雜能夠顯著促進CdS QDs薄膜的導電性，CdS QDs薄膜的光電化學響應隨著GR的摻入有了大幅提高。在CdS QDs-GR復合膜表面沉積一層4-氨基酚的MIP，由于MIP與4-氨基酚之間存在相互作用，MIP/CdS QDs-GR復合膜對4-氨基酚的光電化學響應較CdS QDs-GR復合膜有了明顯的提升，因此MIP/CdS QDs-GR復合膜可作為光電化學傳感器檢測4-氨基酚。傳感器的線性范圍是5

7、.0×10-8-3.5×10-6 mol L-1，檢測限（3倍信噪比）為2.3×10-8 mol L-1。此外，MIP/CdS QDs-GR復合膜具有很強的選擇性?；贛IP/CdS QDs-GR的可見光電化學傳感器可快速檢測4-氨基酚，具備靈敏度高、選擇性好的特點。
　?。?）制備了CdS量子點、DNA和原位石墨烯（PGR）修飾FTO電極，構建了鄰苯二酚的高靈敏可見光電化學傳感器。該復合膜修飾電極兼具CdS QDs的光電化學活性

8、和DNA的生物化學活性，利用DNA與鄰苯二酚間的作用，將DNA固定到膜電極表面可顯著提高 CdS QDs對鄰苯二酚的光電響應。EIS圖譜顯示隨著 PGR的加入CdS QDs-DNA薄膜的導電性能得到大幅提升，有利于進一步提高電極的光電流；與CdS QDs-DNA膜相比，CdS QDs-DNA-PGR復合膜電極對鄰苯二酚的光電響應提高了50倍以上。在此CdS QDs-DNA-PGR光電化學傳感器上，鄰苯二酚的線性響應范圍是1.0×10-8