[发明专利]一种光电传感器的制备方法及其在铜离子检测中的应用

说明书

技术领域

本发明属于光电化学检测技术领域，具体涉及一种光电传感器的制备方法及其在铜离子检测中的应用。

背景技术

铜(Cu)是水体中一种常见的金属元素，在生命体中起着非常重要的作用，Cu²⁺在体内的适量存在有益于人体的新陈代谢，正常成年人体内的Cu²⁺含量为50-120mg。但是当Cu体内Cu²⁺浓度过高时，在体内Cu的代谢异常，会引发一系列疾病，如缅克斯(Menkes)综合症和阿尔茨海默病，甚至会引发肝肾损伤等疾病。Cu²⁺还广泛存在于环境当中，在一些农药中常含有铜的化合物，在养殖饲粮中也常含有铜的化合物，如硫酸铜。这些因素易导致水体污染和肉类中含铜量偏高。因此，发展快速灵敏地检测铜离子的方法在环境科学和生命科学领域都有着重要的意义。

目前检测铜离子的方法主要有传统的检测方法和利用传感器的方法。传统的检测铜离子的方法包括：电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)、原子吸收光谱法和分光光度法等。这些传统的检测方法需要使用昂贵的仪器设备和专门的技术人员进行操作；具有方法复杂、耗时和灵敏度不高以及价格昂贵等缺点。比较新型的检测铜离子的方法是利用传感器的方法来检测。传感器的方法种类多，包括荧光传感器、生物传感器、电化学和光电传感器等。

光电传感器是一种新颖的测试方法，该方法是基于光激发光电信标导致电子-空穴对的分离，在合适的偏压条件下，实现电子在被测分析物、半导体及电极上快速在回路中传递，从而形成光电流，被分析物的含量能够有规律的影响光电流的变化，实现利用光电传感器对被测分析物的光电化学检测。发明专利(CN 103926304)报道了用光电化学的方法检测Cu²⁺，其机理是在一定条件下Cu²⁺沉积在ITO导电玻璃上生成Cu₂O半导体，产生光电流，得到Cu²⁺-光电流对应关系曲线。但此方法的沉积时间长，且生成的Cu₂O不稳定，误差较大。Huang等报道了用SnO₂/CdS异质结膜光电传感器检测Cu²⁺，由于SnO₂/CdS电极的光电响应不高(100nA·cm^-2)，导致其检测范围较窄(1-38μmol·L^-1)和检测限较大(0.55微摩尔/升)，同时由于其光电流的响应很小，所以需要精密度很高、价格昂贵的电化学工作站设备。因此，利用光电传感器检测Cu²⁺的工作有待进一步完善。

发明内容

针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种光电传感器的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的光电传感器。

本发明的再一目的在于提供上述光电传感器在铜离子检测中的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种光电传感器的制备方法，包括以下制备步骤：

(1)将预处理后的导电基底加入到含有钛酸四丁酯的盐酸溶液中，在140-190℃条件下水热合成3-7h，在导电基底上制备得到TiO₂纳米棒阵列(TNR)；

(2)将步骤(1)所得TNR经洗涤、干燥后在300-450℃及空气气氛下焙烧0.5-3h，然后在300-450℃温度下以及氢气和惰性气体的混合气氛中氢化处理0.5-3h，得到氢化的TiO₂纳米棒阵列基底(H-TNR)；

(3)将步骤(2)所得H-TNR浸泡于含有CdCl₂、NH₄Cl、硫脲和NH₄OH的水溶液中，化学沉积得到CdS薄膜，然后升温至380-410℃焙烧1-2h，得到所述光电传感器。

优选地，步骤(1)中所述的导电基底是指FTO导电玻璃；所述的预处理是指依次在去离子水、丙酮、无水乙醇中超声处理后用去离子水洗净、干燥。

优选地，步骤(2)中所述氢气和惰性气体的混合气氛是指氢气的体积含量为10％的氢气和氩气的混合气氛。

优选地，步骤(3)中所述化学沉积的时间为1～5min。

一种光电传感器，通过上述方法制备得到。

上述光电传感器在铜离子检测中的应用。