[发明专利]一种以钼酸铜/钛酸钡p-n异质结为光电活性物质的光电化学传感器及其构建方法和应用

说明书

本发明公开了一种以钼酸铜/钛酸钡p‑n异质结为光电活性物质的光电化学传感器及其构建方法和应用，该光电化学传感器的构建方法包括以下步骤：1）导电玻璃片的预处理；2）纳米钼酸铜的制备；3）钼酸铜储备液的制备；4）钛酸钡储备液的制备；5）光电化学传感器的制备：先在导电玻璃片上修饰纳米钼酸铜，再利用提拉法将纳米钛酸钡附着在其表面，形成p‑n异质结，得到修饰了钼酸铜/钛酸钡p‑n异质结的电极。本发明的光电化学传感器在可见光范围内有强光电信号，灵敏度高，选择性高，比现有的半胱氨酸传感器方便、快捷。本发明通过水热法制备钼酸铜，制备条件易于控制，便于光电化学传感器的量化生产。

技术领域

本发明涉及一种以钼酸铜/钛酸钡p-n异质结为光电活性物质的光电化学传感器及其构建方法和应用，属于分析检测技术领域。

背景技术

光电化学传感器是新近发展起来的一种新型光电分析测试元件，具有灵敏度高、设备简单等优点，倍受关注。其检测过程与电致发光正好相反，其依靠物理光源或化学光源作为激发信号，以电信号作为检测对象，因而能达到与电致发光相当甚至更高的灵敏度。

半导体材料是一类具有光电响应的材料，在合适的光源激发下，半导体价带上的电子能够跃迁至导带，同时在价带上生成空穴，而光生空穴与光生电子的有效分离会形成光电流。钼酸铜是一种新兴的、性能优良的半导体材料，而纳米尺度的钼酸铜性能更好，兼备量子效应、尺寸效应等特性。同时，钼酸铜的窄禁带宽度使得其在可见光范围内便能展现出优良的光电转换特性。钛酸钡相对于钼酸铜而言，其禁带宽度较宽。大量研究表明：宽能带半导体和窄能带半导体的复合有利于光生电子与光生空穴的有效分离，产生持续、稳定的信号。

光电化学传感器的光源可以让修饰在基底电极上的光电活性物质受到激发，从禁带激发至价带，使得电子-空穴对进行了分离。在合适的外加偏压和激发波长下，光生电子或光生空穴在电极、光电活性和待分析物之间快速传递，形成检测信号——光电流。在最优条件下，待分析物的浓度的变化直接或间接地影响光电流信号，因而可以根据光电流的变化实现对待分析物的定性、定量检测。

半胱氨酸是一种生物体内常见的氨基酸，主要分布在肝、脾和肾等器官中。半胱氨酸不足会引起多种疾病，如头发褪色、组织水肿、肝损伤、儿童生长迟缓等。吴硕等人以三苯胺染料功能化的二氧化钛为光电活性物质，构建了检测半胱氨酸的光电化学传感器，该光电化学传感器在410nm处进行激发，半胱氨酸的检测线性范围为1.0～200μM，检出限为0.17μM。然而，该光电化学传感器在可见光区的光电转换效率低、检测范围窄、检出限偏高，不适宜于广泛推广使用。

因此，开发一种能够在可见光区实现低浓度、宽范围的半胱氨酸检测的光电化学传感器具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以钼酸铜/钛酸钡p-n异质结为光电活性物质的光电化学传感器及其构建方法和应用。

本发明所采取的技术方案是：

一种以钼酸铜/钛酸钡p-n异质结为光电活性物质的光电化学传感器的构建方法包括以下步骤：

1)导电玻璃电极的预处理：依次用丙酮、乙醇和水清洗导电玻璃片，自然晾干；

2)纳米钼酸铜的制备：将聚乙烯吡咯烷酮和钼酸钠溶于水，加入硫酸铜溶液，混合均匀，得到悬浮液，将悬浊液转移至水热反应釜内，进行水热反应，反应结束后，过滤，用无水乙醇和水洗涤得到的沉淀，干燥、烧结；

3)钼酸铜储备液的制备：将纳米钼酸铜和Nafion溶于乙醇，混合均匀；

4)钛酸钡储备液的制备：将纳米钛酸钡溶于乙醇，混合均匀；

5)光电化学传感器的制备：将钼酸铜储备液涂覆在导电玻璃片上，干燥，再将导电玻璃片浸入钛酸钡储备液中，提拉取出导电玻璃片，干燥，得到修饰了钼酸铜/钛酸钡p-n异质结的电极。