[发明专利]检测4-硝基酚的光引发的自供能电化学传感器及其应用

说明书

本发明公开了一种检测4‑硝基酚的光引发的自供能电化学传感器及其应用，其中该电化学传感器包括阳极室(4)、阳极(2)、阴极室(3)、以及光阴极(1)；光阴极(1)包括第一导电基底、光敏材料层以及分子印迹聚合物层；阳极(2)包括第二导电基底以及催化剂层；阴极室(3)用于放置待检测4‑硝基酚浓度的待检测溶液，光阴极(1)用于在光源的照射下，并通过与阳极(2)之间的电位差对待检测溶液中4‑硝基酚的浓度进行检测。本发明通过对电化学传感器中关键组件的结构及其设置方式、材料等进行改进，使得检测所依据的电化学反应机理相应变化，与现有技术相比能够有效解决4‑硝基酚的检测方法不稳定或操作复杂等的问题。

技术领域

本发明属于电化学传感器领域，更具体地，涉及一种检测4-硝基酚的光引发的自供能电化学传感器及其应用。

背景技术

电化学传感作为化学传感领域最重要的方法之一，由于其具有响应速度快、灵敏度高等优点，已被广泛用于生物分析、环境监测等领域。

4-硝基酚是一种重要的化工原料，广泛用于染料、农药、医药等化工行业。由于其具有高毒性、强刺激性，4-硝基酚已被美国环保局列入“优先控制污染物”名单。目前4-硝基酚的检测方法主要有光度法、色谱法、电化学法等方式。光度法检测易受到异构体的干扰且显色试剂不稳定，色谱法虽然具有较好的选择性，但是操作复杂，样品预处理繁琐。现阶段采用电化学检测水中4-硝基酚含量方法一般都基于三电极传感体系，如CN104458881A公布的检测4-硝基酚的新型电极材料，其使用方式是以发明作为工作电极，搭配参比、辅助电极以及恒电位仪构成传感装置。这种传统的三电极体系，在使用时需要通过恒电位仪控制工作电极的电位，不利于传感器的小型化和现场使用。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种检测4-硝基酚的光引发的自供能电化学传感器及其应用，其中通过对电化学传感器中关键组件的结构及其设置方式、材料等进行改进，使得检测所依据的电化学反应机理相应变化，与现有技术相比能够有效解决4-硝基酚的检测方法不稳定或操作复杂等的问题，本发明利用光照射下光敏材料(如p-型半导体，例如，硫化铅PbS量子点等)对4-硝基酚的还原反应的催化以及分子印迹聚合物对4-硝基酚的特异性识别，从而构建一种新型的检测4-硝基酚的自供能电化学传感器；本发明中的传感体系以硫化铅修饰电极作为光阴极，以石墨烯修饰电极作为阳极，通过电极材料与电化学传感器内其他组件的整体配合，利用阳极和阴极之间自发的光电化学氧化还原反应构建成两电极体系的光催化燃料电池，以电池的开路电位为定量依据，可对4-硝基酚含量进行检测，对测量环境不敏感，灵敏度高，选择性好。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种检测4-硝基酚的电化学传感器，其特征在于，包括阳极室(4)、阳极(2)、阴极室(3)、以及光阴极(1)；其中，

所述阳极(2)设置于所述阳极室(4)内，所述光阴极(1)设置于所述阴极室(3)内，所述阴极室(3)与所述阳极室(4)之间通过质子交换膜(5)分隔；

所述光阴极(1)包括第一导电基底、光敏材料层以及分子印迹聚合物层；所述阳极(2)包括第二导电基底以及催化剂层，所述催化剂层用于对所述阳极室(4)内放置的阳极电解液的氧化起催化作用；

所述阴极室(3)用于放置待检测4-硝基酚浓度的待检测溶液，所述光阴极(1)用于在光源的照射下，并通过与所述阳极(2)之间的电位差对所述待检测溶液中4-硝基酚的浓度进行检测。

作为本发明的进一步优选，所述第一导电基底和所述第二导电基底均选自导电玻璃电极、玻碳电极、石墨电极或钛电极。

作为本发明的进一步优选，所述光敏材料层为p型半导体层；优选的，该p型半导体为硫化铅、碘氧化铋或氧化亚铜。

作为本发明的进一步优选，所述催化剂层包括石墨烯或金属纳米颗粒中的一种或多种；优选的，所述阳极电解液包括0.001M～0.30M的抗坏血酸。