铟基硫化物光电化学传感材料制备及检测雌二醇性能研究

作     者：李月雯 

作者单位：济南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：闫涛

授予年度：2020年

学科分类：082803[工学-农业生物环境与能源工程] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 0804[工学-仪器科学与技术] 

主      题：光电化学适配体传感器 铟基硫化物 17β-雌二醇 

摘      要：环境中的17β-雌二醇(E)具有强雌激素活性,存在引发机体健康问题的隐患。因此探求灵敏、高效的分析方法用于E检测具有重要的意义。光电化学传感分析是一种集合光电化学反应和生物传感技术的新型分析测试方法,其中,开发设计光电转化效率高、稳定性好的光电功能材料是构建光电化学传感器的必要条件。铟基硫化物作为光电功能材料,具有毒性低、光吸收系数高、光电转化效率高等优点,已经引起了广泛关注。论文通过半导体多级敏化、阳极调控、提供电子供体或受体的方式改善了铟基硫化物电子传输性能,成功构建了一系列光电化学适配体传感器,实现了对E的检测,具体研究内容如下:(1)采用一步水热法制备InS纳米粒子并用作电极传感材料和敏化层,与CdS共同敏化铈掺杂的TiO(Ce:TiO),成功构建光电化学适配体传感器用于E的定量检测。表征结果显示,InS呈不规则块状,光吸收边缘为580 nm,光吸收能力强。电化学表征结果显示,CdS导带位置略负于InS和Ce:TiO,存在电势差,可促进电子转移。光电流表征结果显示,经InS和CdS共同敏化后,传感器光电流值明显上升。当E浓度由10 fg/m L上升至100 ng/mL时,光电流值持续下降,且光电流值与E浓度的对数呈线性相关,检测限为4.0 fg/m L。传感器具有良好的选择性、稳定性和重复性,有望应用于实际水样检测。(2)将InS纳米粒子与花状FeOOH修饰在电极表面,替代常用的Pt对电极,采用CuInS修饰电极作为工作电极。光同时辐照对电极和工作电极,FeOOH与InS间的异质界面有助于使更多电子转移至工作电极,与Cu InS价带中的空穴结合,降低光生电子与空穴复合率,阴电流值上升。Cu InS导带中的电子转移至电解液中的溶解氧。实验结果表明,当工作电极上修饰p型半导体材料CuInS时,光电活性材料修饰的电极作为对电极可间接增强其阴电流值。光电化学适配体传感器检测E的线性检测范围为10 fg/mL-1.0μg/mL,检测限为3.7 fg/mL。(3)将ITO/FeOOH煅烧后得到ITO/FeO,材料与电极结合更加紧密,且FeO具有较大比表面积和较强的吸附能力,表面活性位点多,可用作基底材料原位生长AgInS纳米粒子,采用连续离子层吸附的方法制备ITO/FeO/AgInS,Ag InS修饰后,阴电流值增加。以ITO/BiOI为工作电极,为摆脱传感器对溶解氧的依赖,以KFe(CN)为电子受体,光辐照下,发生光致电子转移作用,光生电子可迅速转移至电子受体,阴电流值显著增加。E被捕获至电极后,光致电子转移过程受阻,实现对E的快速、灵敏检测。在最佳条件下,光电化学适配体传感器线性检测范围为1.0 pg/mL-50 ng/mL,检测限为0.30 pg/m L。