光致電化學(xué)分析及其傳感器的研究進(jìn)展

摘 要：光致電的化學(xué)是某些物質(zhì)和激發(fā)態(tài)下的光電物質(zhì)間產(chǎn)生電子轉(zhuǎn)移現(xiàn)象導(dǎo)致光電流產(chǎn)生變化的現(xiàn)象?；谶@種現(xiàn)象，光致電的化學(xué)分析漸漸發(fā)展起來(lái)。光致電的化學(xué)分析具有靈敏度高、選擇性好的特點(diǎn)，其設(shè)備儀器比較簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)微型化，是一種應(yīng)用前景非常廣的分析法。文章分析了光致電的化學(xué)分子和傳感器在近幾年取得的研究進(jìn)展。

關(guān)鍵詞：光致電化學(xué)分析；傳感器；研究進(jìn)展

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.14.136

光致電的化學(xué)分析與單一化學(xué)發(fā)光、單一電化學(xué)方面的分析法不同，其依賴光電化學(xué)方面的系統(tǒng)出了要具備與光電池類似的光電的效應(yīng)之外，更為重要的是待檢測(cè)的物體必須參與到或者影響光化學(xué)系統(tǒng)過程。所以待測(cè)物和光電化學(xué)的活性物質(zhì)間直接或者間接的化學(xué)、物理與生物性質(zhì)的作用非常重要。由于有生物與化學(xué)分子參與，化學(xué)分析對(duì)于光電化學(xué)與光電生物電池領(lǐng)域的研究具有促進(jìn)作用。另外，對(duì)光致電的化學(xué)分析進(jìn)行研究，需要以光電極制備為基礎(chǔ)，建立一個(gè)完整的光致電的化學(xué)分析傳感系統(tǒng)?；瘜W(xué)的分析法和傳感器為相互依存的兩部分。文章分析了光電領(lǐng)域的化學(xué)分析和該領(lǐng)域的傳感器在近幾年的研究及該領(lǐng)域的發(fā)展前景。

1 光致電的化學(xué)分析的研究領(lǐng)域

（1）光致電的化學(xué)分析在納米材料半導(dǎo)體領(lǐng)域的研究進(jìn)展。納米材料具有表面積大、活性催化、超級(jí)導(dǎo)電與光電性等很多優(yōu)良的物理性質(zhì)。納米材料的光敏半導(dǎo)體所接收到的能量比禁帶寬度光照大時(shí)，電子從價(jià)帶向?qū)мD(zhuǎn)移，形成電子的空穴對(duì)。若通過合適的方式抑制空穴對(duì)復(fù)合，讓電子轉(zhuǎn)移至外電路電極或電子受體/供體當(dāng)中，會(huì)有光電流產(chǎn)生。以這一原理為基礎(chǔ)，很多納米材料的半導(dǎo)體材料用于制造光致電的化學(xué)式傳感器，應(yīng)用到光致電的化學(xué)分析當(dāng)中。

（2）光致電化學(xué)分析在復(fù)合的光電材料界的研究。要提高光的轉(zhuǎn)換率可以利用兩種方法：第一，使電子空穴負(fù)荷的幾率降低，第二，使可見光區(qū)域當(dāng)中的光吸收增加。對(duì)量子點(diǎn)進(jìn)行修飾或讓量子點(diǎn)和其他的大禁帶的寬度當(dāng)中的納米例子進(jìn)行雜交，能夠?qū)崿F(xiàn)空穴符合率有效降低，此外，通過窄禁帶的寬度當(dāng)中的納米結(jié)構(gòu)，將電子由窄禁帶的寬度移至大禁帶的寬度，這樣可以使電荷產(chǎn)生分離，大大降低空穴對(duì)復(fù)合率。利用有機(jī)染料可以增加復(fù)合材料可見光的區(qū)域的光吸收，例如玫瑰紅、葉酸綠、甲苯基紫、硫堇很多有機(jī)的染料都可以作為復(fù)合材料的敏化劑。另外一種辦法就是摻入適合的離子，無(wú)機(jī)的復(fù)合式材料通常是配合物的光電材料和無(wú)機(jī)的光電材料經(jīng)過復(fù)合而形成的，也可以為兩個(gè)不同禁帶寬度無(wú)機(jī)半導(dǎo)體的材料進(jìn)行復(fù)核而形成的一種材料。

2 生物大分子于光致電的化學(xué)傳感器當(dāng)中的具體應(yīng)用

光致電傳感器的領(lǐng)域里，除了上文提到的幾種光電材料之外，還可以通過一些生物類大分子具有的光電變化來(lái)完成生物分子與其他物質(zhì)之間的具有的互相作用的研究。利用抗體來(lái)修飾的納米電極與修飾有抗原和過氧化物質(zhì)，完成制備紫外光的致電化學(xué)傳感器。過氧化物的催化反應(yīng)加快了電極與電解質(zhì)間電子的傳遞，提升了光催化的活性。利用TNs來(lái)修飾的過氧化物是光活性的陽(yáng)極，用于可見光區(qū)域中的H2O2的檢測(cè)。Ti的基利用陽(yáng)極的氧化物生產(chǎn)出的TNs，能夠?yàn)楣庵码娞峁└蟊砻娣e，同時(shí)材料的兼容性與統(tǒng)一性更好。光致電的化學(xué)性高靈敏檢測(cè)分子時(shí)，以適體和目標(biāo)的靶細(xì)胞識(shí)別為基礎(chǔ)。經(jīng)過DNA的條形碼具有的自組裝與DNA在Au的納米例子進(jìn)行鍵合成為生物性的條形碼。雜交之后，生物性條形碼和適配體發(fā)生共軛。目標(biāo)的靶分子引入的時(shí)候，由于適體能夠緊密的對(duì)雙鏈DNA目標(biāo)的靶分子實(shí)現(xiàn)特異性的連接，DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)打開的時(shí)候，生物性條形碼在溶液當(dāng)中釋放。由SnO2來(lái)修飾的通過APS實(shí)現(xiàn)硅烷化，之后由形成的基底和交聯(lián)試劑的戊二醛產(chǎn)生反應(yīng)，余下的醛基能夠固定被胺包裹的所有適體。釋放的生物性條形碼被ITO的電極適體獲取。要形成更多DNA，就要加入具有互補(bǔ)性的DNA，光化學(xué)的活性物質(zhì)能夠插入到DNA雙螺旋的結(jié)構(gòu)當(dāng)中。在光照作用下，電子供體當(dāng)中存在的草酸鈉會(huì)使電流產(chǎn)生。大量ATP分子釋放出大量生物性的條形碼，條形碼能夠被ITO的電極獲取，會(huì)由更多光電花絮二的活性物質(zhì)引入到DNA中，使電流更強(qiáng)，間接對(duì)ATP進(jìn)行測(cè)定。

3 光致電化學(xué)分析的發(fā)展趨勢(shì)及前景

最近幾年，我國(guó)的光致電化學(xué)分析和傳感器處于不斷的發(fā)展當(dāng)中，由于裝置點(diǎn)的化學(xué)分析技術(shù)具有電化學(xué)與光化學(xué)兩方面的優(yōu)勢(shì)，因此得到了非常廣泛的關(guān)注，具有良好的發(fā)展前景。光致電的分析及傳感器技術(shù)由于具有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而具有廣闊的發(fā)展空間。筆者認(rèn)為，要從以下方面進(jìn)行研究。

（1）深入研究光致電的化學(xué)分析的具體方法。盡管光致電的化學(xué)分析的研究在最近幾年有了巨大進(jìn)步，生物性的傳感器研究與金策性能方面也有很大進(jìn)步，但是，相較于光化學(xué)的分析與電化學(xué)分析而言，光致電化學(xué)領(lǐng)域的研究方法缺乏一定的規(guī)律性。所以，要從光致電分析的檢測(cè)模式和信號(hào)的傳導(dǎo)原理入手，深入探究光致電的方法。

（2）創(chuàng)新光電化學(xué)的材料，使電極具有更高光電轉(zhuǎn)化率。以材料科學(xué)與光電池研究為基礎(chǔ)，來(lái)研制具有高轉(zhuǎn)換率的光電領(lǐng)域的材料；通過復(fù)合材料進(jìn)一步修飾光電極，提升光電材料的轉(zhuǎn)換率，這是促使光致點(diǎn)化學(xué)分析與相關(guān)傳感器取得有效發(fā)展的可行規(guī)劃。

（3）構(gòu)建光致電的化學(xué)反應(yīng)相關(guān)體系。雖然光化學(xué)材料的種類繁多，但是能夠用于光致電的化學(xué)分析方面的材料只有半導(dǎo)體的納米材料與傳統(tǒng)型光電應(yīng)用材料，和分子的相互作用形成功能性匹配的光致電的化學(xué)行業(yè)的測(cè)定體系不多。因此，要結(jié)合各種光致電材料具有的具體特征和被分析物具有的性質(zhì)，找尋更多反應(yīng)的平臺(tái)，建構(gòu)全面的光致電的反應(yīng)體系。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著光致電研究的不斷深入，未來(lái)將會(huì)構(gòu)建出更多光致電的化學(xué)分析方法和傳感器，大大拓展光致電分析應(yīng)用的范圍，使該項(xiàng)技術(shù)在食品安全與藥品研制以及環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域得到充分的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：韓永明（1982-），男，河南林州人，碩士，工程師，研究方向：應(yīng)用化學(xué)、化學(xué)分析、化學(xué)工程與工藝、環(huán)境工程。