光致电化学分析及其传感器的研究进展

摘 要：光致电的化学是某些物质和激发态下的光电物质间产生电子转移现象导致光电流产生变化的现象。基于这种现象，光致电的化学分析渐渐发展起来。光致电的化学分析具有灵敏度高、选择性好的特点，其设备仪器比较简单，容易实现微型化，是一种应用前景非常广的分析法。文章分析了光致电的化学分子和传感器在近几年取得的研究进展。

关键词：光致电化学分析；传感器；研究进展

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.14.136

光致电的化学分析与单一化学发光、单一电化学方面的分析法不同，其依赖光电化学方面的系统出了要具备与光电池类似的光电的效应之外，更为重要的是待检测的物体必须参与到或者影响光化学系统过程。所以待测物和光电化学的活性物质间直接或者间接的化学、物理与生物性质的作用非常重要。由于有生物与化学分子参与，化学分析对于光电化学与光电生物电池领域的研究具有促进作用。另外，对光致电的化学分析进行研究，需要以光电极制备为基础，建立一个完整的光致电的化学分析传感系统。化学的分析法和传感器为相互依存的两部分。文章分析了光电领域的化学分析和该领域的传感器在近几年的研究及该领域的发展前景。

1 光致电的化学分析的研究领域

（1）光致电的化学分析在纳米材料半导体领域的研究进展。纳米材料具有表面积大、活性催化、超级导电与光电性等很多优良的物理性质。纳米材料的光敏半导体所接收到的能量比禁带宽度光照大时，电子从价带向导带转移，形成电子的空穴对。若通过合适的方式抑制空穴对复合，让电子转移至外电路电极或电子受体/供体当中，会有光电流产生。以这一原理为基础，很多纳米材料的半导体材料用于制造光致电的化学式传感器，应用到光致电的化学分析当中。

（2）光致电化学分析在复合的光电材料界的研究。要提高光的转换率可以利用两种方法：第一，使电子空穴负荷的几率降低，第二，使可见光区域当中的光吸收增加。对量子点进行修饰或让量子点和其他的大禁带的宽度当中的纳米例子进行杂交，能够实现空穴符合率有效降低，此外，通过窄禁带的宽度当中的纳米结构，将电子由窄禁带的宽度移至大禁带的宽度，这样可以使电荷产生分离，大大降低空穴对复合率。利用有机染料可以增加复合材料可见光的区域的光吸收，例如玫瑰红、叶酸绿、甲苯基紫、硫堇很多有机的染料都可以作为复合材料的敏化剂。另外一种办法就是掺入适合的离子，无机的复合式材料通常是配合物的光电材料和无机的光电材料经过复合而形成的，也可以为两个不同禁带宽度无机半导体的材料进行复核而形成的一种材料。

2 生物大分子于光致电的化学传感器当中的具体应用

光致电传感器的领域里，除了上文提到的几种光电材料之外，还可以通过一些生物类大分子具有的光电变化来完成生物分子与其他物质之间的具有的互相作用的研究。利用抗体来修饰的纳米电极与修饰有抗原和过氧化物质，完成制备紫外光的致电化学传感器。過氧化物的催化反应加快了电极与电解质间电子的传递，提升了光催化的活性。利用TNs来修饰的过氧化物是光活性的阳极，用于可见光区域中的H2O2的检测。Ti的基利用阳极的氧化物生产出的TNs，能够为光致电提供更大表面积，同时材料的兼容性与统一性更好。光致电的化学性高灵敏检测分子时，以适体和目标的靶细胞识别为基础。经过DNA的条形码具有的自组装与DNA在Au的纳米例子进行键合成为生物性的条形码。杂交之后，生物性条形码和适配体发生共轭。目标的靶分子引入的时候，由于适体能够紧密的对双链DNA目标的靶分子实现特异性的连接，DNA的双螺旋结构打开的时候，生物性条形码在溶液当中释放。由SnO2来修饰的通过APS实现硅烷化，之后由形成的基底和交联试剂的戊二醛产生反应，余下的醛基能够固定被胺包裹的所有适体。释放的生物性条形码被ITO的电极适体获取。要形成更多DNA，就要加入具有互补性的DNA，光化学的活性物质能够插入到DNA双螺旋的结构当中。在光照作用下，电子供体当中存在的草酸钠会使电流产生。大量ATP分子释放出大量生物性的条形码，条形码能够被ITO的电极获取，会由更多光电花絮二的活性物质引入到DNA中，使电流更强，间接对ATP进行测定。

3 光致电化学分析的发展趋势及前景

最近几年，我国的光致电化学分析和传感器处于不断的发展当中，由于装置点的化学分析技术具有电化学与光化学两方面的优势，因此得到了非常广泛的关注，具有良好的发展前景。光致电的分析及传感器技术由于具有明显的优势，因而具有广阔的发展空间。笔者认为，要从以下方面进行研究。

（1）深入研究光致电的化学分析的具体方法。尽管光致电的化学分析的研究在最近几年有了巨大进步，生物性的传感器研究与金策性能方面也有很大进步，但是，相较于光化学的分析与电化学分析而言，光致电化学领域的研究方法缺乏一定的规律性。所以，要从光致电分析的检测模式和信号的传导原理入手，深入探究光致电的方法。

（2）创新光电化学的材料，使电极具有更高光电转化率。以材料科学与光电池研究为基础，来研制具有高转换率的光电领域的材料；通过复合材料进一步修饰光电极，提升光电材料的转换率，这是促使光致点化学分析与相关传感器取得有效发展的可行规划。

（3）构建光致电的化学反应相关体系。虽然光化学材料的种类繁多，但是能够用于光致电的化学分析方面的材料只有半导体的纳米材料与传统型光电应用材料，和分子的相互作用形成功能性匹配的光致电的化学行业的测定体系不多。因此，要结合各种光致电材料具有的具体特征和被分析物具有的性质，找寻更多反应的平台，建构全面的光致电的反应体系。

4 结语

随着光致电研究的不断深入，未来将会构建出更多光致电的化学分析方法和传感器，大大拓展光致电分析应用的范围，使该项技术在食品安全与药品研制以及环境监测等领域得到充分的应用。

参考文献：

[1]王娟，胡成国，胡胜水.光电化学传感原理与应用[J].分析科学学报，2015（04）.

[2]王钦.光致电化学过氧化氢敏感界面的构建及应用的研究[D].青岛科技大学，2010.

作者简介：韩永明（1982-），男，河南林州人，硕士，工程师，研究方向：应用化学、化学分析、化学工程与工艺、环境工程。