光致電化學分析及其傳感器的研究進展

摘 要：光致電的化學是某些物質和激發態下的光電物質間產生電子轉移現象導致光電流產生變化的現象。基于這種現象，光致電的化學分析漸漸發展起來。光致電的化學分析具有靈敏度高、選擇性好的特點，其設備儀器比較簡單，容易實現微型化，是一種應用前景非常廣的分析法。文章分析了光致電的化學分子和傳感器在近幾年取得的研究進展。

關鍵詞：光致電化學分析；傳感器；研究進展

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

光致電的化學分析與單一化學發光、單一電化學方面的分析法不同，其依賴光電化學方面的系統出了要具備與光電池類似的光電的效應之外，更為重要的是待檢測的物體必須參與到或者影響光化學系統過程。所以待測物和光電化學的活性物質間直接或者間接的化學、物理與生物性質的作用非常重要。由于有生物與化學分子參與，化學分析對于光電化學與光電生物電池領域的研究具有促進作用。另外，對光致電的化學分析進行研究，需要以光電極制備為基礎，建立一個完整的光致電的化學分析傳感系統。化學的分析法和傳感器為相互依存的兩部分。文章分析了光電領域的化學分析和該領域的傳感器在近幾年的研究及該領域的發展前景。

1 光致電的化學分析的研究領域

（1）光致電的化學分析在納米材料半導體領域的研究進展。納米材料具有表面積大、活性催化、超級導電與光電性等很多優良的物理性質。納米材料的光敏半導體所接收到的能量比禁帶寬度光照大時，電子從價帶向導帶轉移，形成電子的空穴對。若通過合適的方式抑制空穴對復合，讓電子轉移至外電路電極或電子受體/供體當中，會有光電流產生。以這一原理為基礎，很多納米材料的半導體材料用于制造光致電的化學式傳感器，應用到光致電的化學分析當中。

（2）光致電化學分析在復合的光電材料界的研究。要提高光的轉換率可以利用兩種方法：第一，使電子空穴負荷的幾率降低，第二，使可見光區域當中的光吸收增加。對量子點進行修飾或讓量子點和其他的大禁帶的寬度當中的納米例子進行雜交，能夠實現空穴符合率有效降低，此外，通過窄禁帶的寬度當中的納米結構，將電子由窄禁帶的寬度移至大禁帶的寬度，這樣可以使電荷產生分離，大大降低空穴對復合率。利用有機染料可以增加復合材料可見光的區域的光吸收，例如玫瑰紅、葉酸綠、甲苯基紫、硫堇很多有機的染料都可以作為復合材料的敏化劑。另外一種辦法就是摻入適合的離子，無機的復合式材料通常是配合物的光電材料和無機的光電材料經過復合而形成的，也可以為兩個不同禁帶寬度無機半導體的材料進行復核而形成的一種材料。

2 生物大分子于光致電的化學傳感器當中的具體應用

光致電傳感器的領域里，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完成生物分子與其他物質之間的具有的互相作用的研究。利用抗體來修飾的納米電極與修飾有抗原和過氧化物質，完成制備紫外光的致電化學傳感器。過氧化物的催化反應加快了電極與電解質間電子的傳遞，提升了光催化的活性。利用TNs來修飾的過氧化物是光活性的陽極，用于可見光區域中的H2O2的檢測。Ti的基利用陽極的氧化物生產出的TNs，能夠為光致電提供更大表面積，同時材料的兼容性與統一性更好。光致電的化學性高靈敏檢測分子時，以適體和目標的靶細胞識別為基礎。經過DNA的條形碼具有的自組裝與DNA在Au的納米例子進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生共軛。目標的靶分子引入的時候，由于適體能夠緊密的對雙鏈DNA目標的靶分子實現特異性的連接，DNA的雙螺旋結構打開的時候，生物性條形碼在溶液當中釋放。由SnO2來修飾的通過APS實現硅烷化，之后由形成的基底和交聯試劑的戊二醛產生反應，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，就要加入具有互補性的DNA，光化學的活性物質能夠插入到DNA雙螺旋的結構當中。在光照作用下，電子供體當中存在的草酸鈉會使電流產生。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，會由更多光電花絮二的活性物質引入到DNA中，使電流更強，間接對ATP進行測定。

3 光致電化學分析的發展趨勢及前景

最近幾年，我國的光致電化學分析和傳感器處于不斷的發展當中，由于裝置點的化學分析技術具有電化學與光化學兩方面的優勢，因此得到了非常廣泛的關注，具有良好的發展前景。光致電的分析及傳感器技術由于具有明顯的優勢，因而具有廣闊的發展空間。筆者認為，要從以下方面進行研究。

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

（2）創新光電化學的材料，使電極具有更高光電轉化率。以材料科學與光電池研究為基礎，來研制具有高轉換率的光電領域的材料；通過復合材料進一步修飾光電極，提升光電材料的轉換率，這是促使光致點化學分析與相關傳感器取得有效發展的可行規劃。

（3）構建光致電的化學反應相關體系。雖然光化學材料的種類繁多，但是能夠用于光致電的化學分析方面的材料只有半導體的納米材料與傳統型光電應用材料，和分子的相互作用形成功能性匹配的光致電的化學行業的測定體系不多。因此，要結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，找尋更多反應的平臺，建構全面的光致電的反應體系。

4 結語

隨著光致電研究的不斷深入，未來將會構建出更多光致電的化學分析方法和傳感器，大大拓展光致電分析應用的范圍，使該項技術在食品安全與藥品研制以及環境監測等領域得到充分的應用。

參考文獻：

[1]王娟，胡成國，胡勝水.光電化學傳感原理與應用[J].分析科學學報，2015（04）.

[2]王欽.光致電化學過氧化氫敏感界面的構建及應用的研究[D].青島科技大學，2010.

作者簡介：韓永明（1982-），男，河南林州人，碩士，工程師，研究方向：應用化學、化學分析、化學工程與工藝、環境工程。