光電化學(xué)傳感材料的制備及應(yīng)用進(jìn)展

鞏志遠(yuǎn) 韓博文

摘要：隨著近年來(lái)我國(guó)的科學(xué)技術(shù)不斷的發(fā)展，光電化學(xué)傳感器的構(gòu)成原材料方面取得了巨大的創(chuàng)新與進(jìn)步。光電化學(xué)傳感材料作為一種新穎的高性能原材料，其能夠在很大程度上優(yōu)化光電化學(xué)傳感器的性能，同時(shí)還能夠擴(kuò)大傳感器的應(yīng)用范圍。筆者此次的研究主要是針對(duì)于光電化學(xué)傳感材料的應(yīng)用范圍與制造方法，對(duì)現(xiàn)有的研究文獻(xiàn)進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹，并對(duì)光電化學(xué)傳感材料在未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)作以分析。

關(guān)鍵詞：光電化學(xué)傳感器；光電材料；制造方法；發(fā)展趨勢(shì)

1光電化學(xué)傳感材料的制備及分析應(yīng)用

現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)的制造廠商在制造光電化學(xué)傳感器時(shí)往往會(huì)選擇兩類原材料：一是，金屬基光電材料，這類材料包括金屬類的氧化物、納米微粒以及量子點(diǎn)；二是，碳基納米材料，這類材料包括石墨烯、碳納米管等材料。仔細(xì)分析不難發(fā)現(xiàn)，不同的光電傳感材料所展現(xiàn)出來(lái)的特性都會(huì)呈現(xiàn)出一定的差異，但是它們對(duì)于無(wú)機(jī)生物或是有機(jī)生物的分析性能都非常的顯著。

1.1碳基納米材料

根據(jù)筆者深入的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，碳基納米材料在廣電活躍性與導(dǎo)電性方面的性能較為顯著，這類材料不用進(jìn)行二次處理可直接轉(zhuǎn)換光電，且還能夠強(qiáng)化傳感器的轉(zhuǎn)換效率，由于碳基納米材料的性能較為顯著，促使其自身的使用范圍越來(lái)越廣闊。

1.1.1石墨烯

石墨烯屬于是一種二維碳納米材料，具備電子轉(zhuǎn)換率高、單原子層、高穩(wěn)定性的特性，其往往是運(yùn)用在金屬基半導(dǎo)體材料中，在半導(dǎo)體材料中的光電感應(yīng)作用非常的顯著。Zhang等學(xué)者使用水熱法合成了一種新穎的復(fù)合膜—石墨烯納米片（CDS--gns），這種復(fù)合膜能夠完成對(duì)苯二胺的解析工作。而Jiang等學(xué)者在此基礎(chǔ)上研制出另一種復(fù)合膜—石墨烯—鋅鎘量子點(diǎn)（GOD—Zbnsd1--XS），這種復(fù)合膜的出現(xiàn)有效的實(shí)現(xiàn)了對(duì)正二價(jià)銅離子的光電化學(xué)分析。

1.1.2 富勒烯

富勒烯材料的光電轉(zhuǎn)換率、穩(wěn)定性都非常的高，其一般是運(yùn)用在太陽(yáng)能電池制造方面，效果較為顯著。富勒烯材料的運(yùn)用范圍相對(duì)較窄，基本上就局限于有機(jī)合成物方法的備置，在實(shí)際備置的過(guò)程中成本相對(duì)于其他方法而言更高，其備置的過(guò)程比較復(fù)雜。在借鑒了剛果紅分析在碳納米材料中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果后，筆者經(jīng)過(guò)重重考慮后選擇使用單一化的機(jī)械研磨法，所備置出來(lái)的富勒烯全碳光電材料具備非常高的抗壞血酸特性。此外，筆者還將尋址檢測(cè)法運(yùn)用在了光電化學(xué)傳感器的制造流程中，高效的實(shí)現(xiàn)了對(duì)多個(gè)目標(biāo)同時(shí)進(jìn)行DNA尋址檢測(cè)[26]。且筆者還結(jié)合氧化自聚研制出了聚氫醌（PH2Q），這種化合物的親水性非常高，巧妙的借助富勒烯與聚氫醌二者間的共軛作用，備置出聚氫醌—富勒烯光電化學(xué)材料（PH2Q-C60），這種光電材料即使是在高濃度的NO-2環(huán)境下，也依然能夠精準(zhǔn)的檢測(cè)出NO。

1.2金屬基光電材料

1.2.1 量子點(diǎn)

量子點(diǎn)屬于是零維納米材料，其所具備的光電化學(xué)特質(zhì)較為特殊，例如，款管帶光譜、量子產(chǎn)率高、高穩(wěn)定性等等。根據(jù)筆者的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在光電化學(xué)領(lǐng)域中常使用的量子點(diǎn)材料是Cds。Zhang等學(xué)者巧妙的將氰化碳（C3N4）與硫化鋅熒光量子點(diǎn)（CdS QDs）混合在氧化物半導(dǎo)體（FTO）中，這樣就能夠備置出一個(gè)四環(huán)的光電化學(xué)傳感器。Liu扥各學(xué)者使用離子吸附法在氧化銅（CuO）的表層涂抹硫化鋅熒光量子點(diǎn)（CdS QDs），備置出了非酶型光電化學(xué)傳感器。Huang等學(xué)者將（C8H16NCl）n與帶有負(fù)電極的硫化鋅熒光量子點(diǎn)（CdS QDs）混合在一起，被指出了凝血酶光電化學(xué)傳感器。

1.2.2 金屬氧化物半導(dǎo)體材料

毫無(wú)疑問(wèn)，二氧化鈦（TiO2）是目前研究范圍最為廣闊的一種半導(dǎo)體金屬材料，這種材料備置程序簡(jiǎn)單、相容性非常高，且自身的轉(zhuǎn)換率也非常高。但是，二氧化鈦的禁帶寬度非常的寬，往往需要段光源來(lái)進(jìn)行處理，這樣才能夠發(fā)揮出最大其自身最大的氧化性。正是因?yàn)檫@個(gè)緣故，導(dǎo)致二氧化鈦在實(shí)際備置的過(guò)程中需要進(jìn)行修飾，這樣才能夠強(qiáng)化生物的活躍性。Li等學(xué)者所備置出來(lái)的三維超支化（TiO2NRs）陣列，能夠借助多巴胺的敏華作用，來(lái)對(duì)多巴胺光電進(jìn)行化學(xué)檢測(cè)。

1.3 其他功能材料

相較之傳統(tǒng)型的傳感方法而言，光電化學(xué)傳感方法的檢測(cè)精準(zhǔn)度相對(duì)更高，而在小分子的檢測(cè)方面，其二者的選擇性效果都不是很理想。筆者發(fā)現(xiàn)使用分析印跡法（MIP）能夠仿真出大分子的識(shí)別方式，且這種方法與光電化學(xué)傳感技術(shù)進(jìn)行結(jié)合能夠有效的強(qiáng)化分析方法的選擇性。

2 進(jìn)展

現(xiàn)階段，隨著科學(xué)技術(shù)不斷的發(fā)展以及學(xué)術(shù)界不斷的深入，光電化學(xué)傳感領(lǐng)域的材料越來(lái)越豐富，例如，溶劑熱、電沉積、靜電紡絲等等方法。這類先進(jìn)的光電傳感材料不需要經(jīng)過(guò)間接性的處理，直接對(duì)生物進(jìn)行光電化學(xué)檢測(cè)，同時(shí)還能夠與大分子進(jìn)行巧妙的結(jié)合，進(jìn)而形成一種新型的生物分析方法。但是，就實(shí)際情況來(lái)看，這類光電化學(xué)材料的運(yùn)用并未能夠取得理想的效果，尚存在諸多的不足之處，例如，穩(wěn)定性比較弱、轉(zhuǎn)換率偏低等等問(wèn)題。這一系列的問(wèn)題都會(huì)在一定程度上阻礙光電化學(xué)傳感器性能的提升，導(dǎo)致富勒烯、氮化碳類型的碳基半導(dǎo)體材料成為了光電化學(xué)傳感器備置過(guò)程中的首選材料。

此外，現(xiàn)階段我國(guó)諸多的傳感器制造商也會(huì)選擇使用滴涂、浸泡等方法來(lái)備置原材料，但是由于生物相容性較差的營(yíng)銷，導(dǎo)致原材料很難與光源進(jìn)行耦合。以此來(lái)看，我國(guó)光電化學(xué)傳感器領(lǐng)域在未來(lái)的研究方向必然會(huì)集中在如何提升轉(zhuǎn)換效率、強(qiáng)化均勻性、穩(wěn)定性以及可控備置方案等方面。

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