[发明专利]一种用于灵敏检测铅离子的柔性光电阴极传感器的制备方法

说明书

本发明公开了一种用于灵敏检测铅离子的柔性光电阴极传感器的制备方法。通过液/液界面生长的方法制备卟啉基共价有机框架薄膜作为光电阴极材料获得强的初始光电流信号。随后，将硒化镉/二氧化硅核壳量子点通过杂交连锁反应大量负载在卟啉基共价有机框架薄膜上，结合量子点的多重猝灭效应和空间位阻效应，传感器信号猝灭至最低，进而实现对铅离子的灵敏检测。本发明能够提高阴极光电信号的强度和稳定性，减少还原性物质对阴极光电传感器的干扰，在检测自来水和湖水中的铅离子方面具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及电化学检测技术领域，更具体的说是一种用于灵敏检测铅离子的柔性光电阴极传感器的制备方法。

背景技术

近年来，水体环境中铅离子污染因为其毒性、生物积累性和持久性而受到社会前所未有的关注。在各种重金属污染物中，铅离子对生物体的损害极大，几乎可以干扰胎儿发育的各个方面，造成脑、肾损伤甚至死亡。为了防止铅离子对生物体和环境造成危害，人们提出了许多快速、定量检测环境中铅离子的分析测试技术，包括电化学、荧光、表面等离子体共振和电化学发光等多种方法。然而，上述技术依赖复杂的仪器设备和繁琐的样品预处理过程，在实际应用方面受到较多的限制。因此，有必要探索一种简单、可靠、低成本的铅离子测定方法。

柔性光电阴极传感器因其灵敏度高、背景噪声小、稳定性好等优点受到越来越多的关注。此外，光电化学检测方法可以通过一个简单的电子读出装置快速、准确的对被测物进行定量分析，很实现柔性光电阴极传感器的微型化和便捷化。目前，人们对各种n型半导体材料如ZnO、TiO₂和CdS等进行了深入研究，开发了用于蛋白质、DNA和金属离子检测的阳极光电化学传感平台。但是，这些基于光电阳极的光电化学检测平台受到了真实样品中还原性物质的干扰，使其应用受到限制。基于p型半导体的光电阴极材料可以防止光电阳极界面固有的空穴发生氧化反应，极大地拓宽了光电阴极传感器的应用范围。因此，开发一种低成本、高效的新型光电阴极材料用于柔性光电阴极传感器变得刻不容缓。值得庆幸的是，卟啉及其衍生物作为光电阴极材料应用于柔性光电阴极传感器已被广泛研究。这些四吡咯大环化合物在450 nm和500-650 nm波段具有很强的光吸收。此外，卟啉及其衍生物具有超快的电子注入、缓慢的电荷重组动力学和良好的化学稳定性，还具有快速产生空穴-电子对以及电荷重组慢的优点。然而，卟啉分子之间的无序排列及其低电荷传输效率是其实际应用上面临的最大挑战和难题。

共价有机框架由于其在二维平面上的共轭以及垂直方向上的原子周期性柱状π阵列，提供了电荷传输的通道，大大提高了电荷转移的能力。近年来，基于卟啉的共价有机框架材料在光电领域被证明是一种优秀的阴极光电材料。在上述认识的启发下，制备卟啉基共价有机框架薄膜作为光电器件，为开发高性能柔性光电阴极传感器提供了一条可行的途径。

发明内容

针对目前存在的问题，本发明提供一种用于灵敏检测铅离子的柔性光电阴极传感器的制备方法，其特征是包括以下步骤：

（1）柔性氧化铟锡电极的制备：将柔性氧化铟锡电极裁至面积为1 cm×4 cm，依次放入丙酮、无水乙醇、超纯水超声处理10-20 min，然后置于氮气流下干燥10-20 min，其中柔性氧化铟锡简写为PET-ITO；

（2）卟啉基共价有机框架薄膜的制备：采用液/液界面生长的方法，将3.6-3.8 mg的对苯二甲醛溶于50 mL的二氯甲烷中，在醛溶液的上层加入40 mL的超纯水作为间隔水层，随后将8.4 mg的四氨基苯基卟啉和9.7 mg的对甲苯磺酸溶于35 mL的水和15 mL的乙腈的混合溶液中，并将其缓慢滴加到间隔水的顶部，整个体系置于室温下保存70-74 h，在液/液界面处形成卟啉基共价有机框架薄膜，其中卟啉基共价有机框架薄膜简写为TAPP-COFs薄膜；