光電化學傳感材料的制備及應用進展

鞏志遠 韓博文

摘要：隨著近年來我國的科學技術不斷的發展，光電化學傳感器的構成原材料方面取得了巨大的創新與進步。光電化學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化光電化學傳感器的性能，同時還能夠擴大傳感器的應用范圍。筆者此次的研究主要是針對于光電化學傳感材料的應用范圍與制造方法，對現有的研究文獻進行簡單的介紹，并對光電化學傳感材料在未來的發展趨勢作以分析。

關鍵詞：光電化學傳感器；光電材料；制造方法；發展趨勢

1光電化學傳感材料的制備及分析應用

現階段，國內的制造廠商在制造光電化學傳感器時往往會選擇兩類原材料：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；二是，碳基納米材料，這類材料包括石墨烯、碳納米管等材料。仔細分析不難發現，不同的光電傳感材料所展現出來的特性都會呈現出一定的差異，但是它們對于無機生物或是有機生物的分析性能都非常的顯著。

1.1碳基納米材料

根據筆者深入的調研發現，碳基納米材料在廣電活躍性與導電性方面的性能較為顯著，這類材料不用進行二次處理可直接轉換光電，且還能夠強化傳感器的轉換效率，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，具備電子轉換率高、單原子層、高穩定性的特性，其往往是運用在金屬基半導體材料中，在半導體材料中的光電感應作用非常的顯著。Zhang等學者使用水熱法合成了一種新穎的復合膜—石墨烯納米片（CDS--gns），這種復合膜能夠完成對苯二胺的解析工作。而Jiang等學者在此基礎上研制出另一種復合膜—石墨烯—鋅鎘量子點（GOD—Zbnsd1--XS），這種復合膜的出現有效的實現了對正二價銅離子的光電化學分析。

1.1.2 富勒烯

富勒烯材料的光電轉換率、穩定性都非常的高，其一般是運用在太陽能電池制造方面，效果較為顯著。富勒烯材料的運用范圍相對較窄，基本上就局限于有機合成物方法的備置，在實際備置的過程中成本相對于其他方法而言更高，其備置的過程比較復雜。在借鑒了剛果紅分析在碳納米材料中的實驗結果后，筆者經過重重考慮后選擇使用單一化的機械研磨法，所備置出來的富勒烯全碳光電材料具備非常高的抗壞血酸特性。此外，筆者還將尋址檢測法運用在了光電化學傳感器的制造流程中，高效的實現了對多個目標同時進行DNA尋址檢測[26]。且筆者還結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—富勒烯光電化學材料（PH2Q-C60），這種光電材料即使是在高濃度的NO-2環境下，也依然能夠精準的檢測出NO。

1.2金屬基光電材料

1.2.1 量子點

量子點屬于是零維納米材料，其所具備的光電化學特質較為特殊，例如，款管帶光譜、量子產率高、高穩定性等等。根據筆者的調研發現，在光電化學領域中常使用的量子點材料是Cds。Zhang等學者巧妙的將氰化碳（C3N4）與硫化鋅熒光量子點（CdS QDs）混合在氧化物半導體（FTO）中，這樣就能夠備置出一個四環的光電化學傳感器。Liu扥各學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（CdS QDs），備置出了非酶型光電化學傳感器。Huang等學者將（C8H16NCl）n與帶有負電極的硫化鋅熒光量子點（CdS QDs）混合在一起，被指出了凝血酶光電化學傳感器。

1.2.2 金屬氧化物半導體材料

毫無疑問，二氧化鈦（TiO2）是目前研究范圍最為廣闊的一種半導體金屬材料，這種材料備置程序簡單、相容性非常高，且自身的轉換率也非常高。但是，二氧化鈦的禁帶寬度非常的寬，往往需要段光源來進行處理，這樣才能夠發揮出最大其自身最大的氧化性。正是因為這個緣故，導致二氧化鈦在實際備置的過程中需要進行修飾，這樣才能夠強化生物的活躍性。Li等學者所備置出來的三維超支化（TiO2NRs）陣列，能夠借助多巴胺的敏華作用，來對多巴胺光電進行化學檢測。

1.3 其他功能材料

相較之傳統型的傳感方法而言，光電化學傳感方法的檢測精準度相對更高，而在小分子的檢測方面，其二者的選擇性效果都不是很理想。筆者發現使用分析印跡法（MIP）能夠仿真出大分子的識別方式，且這種方法與光電化學傳感技術進行結合能夠有效的強化分析方法的選擇性。

2 進展

現階段，隨著科學技術不斷的發展以及學術界不斷的深入，光電化學傳感領域的材料越來越豐富，例如，溶劑熱、電沉積、靜電紡絲等等方法。這類先進的光電傳感材料不需要經過間接性的處理，直接對生物進行光電化學檢測，同時還能夠與大分子進行巧妙的結合，進而形成一種新型的生物分析方法。但是，就實際情況來看，這類光電化學材料的運用并未能夠取得理想的效果，尚存在諸多的不足之處，例如，穩定性比較弱、轉換率偏低等等問題。這一系列的問題都會在一定程度上阻礙光電化學傳感器性能的提升，導致富勒烯、氮化碳類型的碳基半導體材料成為了光電化學傳感器備置過程中的首選材料。

此外，現階段我國諸多的傳感器制造商也會選擇使用滴涂、浸泡等方法來備置原材料，但是由于生物相容性較差的營銷，導致原材料很難與光源進行耦合。以此來看，我國光電化學傳感器領域在未來的研究方向必然會集中在如何提升轉換效率、強化均勻性、穩定性以及可控備置方案等方面。

參考文獻：

[1]納米鈀基氫傳感材料[J].歐陽躍軍，余剛，唐莉莉，司薇薇，喬利杰.傳感器與微系統.2010（04）.

[2]基于納米導電碳黑的高靈敏度柔性應變傳感材料的制備及其性能研究[J].張帆，鄒雋珺，宋楠，王冰新，王蘭心.現代化工.2018（07）.

[3]基于碳纖維材料力阻效應的傳感器工程應用初探[J].黃俊捷，劉榮桂，許兆輝，謝桂華.玻璃鋼/復合材料.2017（09）.