[发明专利]新型空间位阻调控型可见光光电化学检测PFOA传感器研制及其应用

说明书

技术领域

本发明属传感器领域，具体涉及一种新型空间位阻调控型可见光光电化学检测PFOA传感器研制及其应用。其借助于引入电子给体小分子(即光生空穴捕获剂)为指示探针，建立检测PFOA的分子印迹-空间位阻型可见光光电化学检测传感器。

背景技术

全氟辛酸作为全氟化合物的代表，在过去几十年被广泛用作表面活性剂材料，水环境，空气，野生动物体内均已检测到它的存在。PFOA中大量高度极化的C-F键使得它具有较高的热稳定性和极为稳定的化学性质，一旦排放到我们生活的环境中后，由于其难以降解，具有持久污染性。考虑到PFOA可能引发的生态环境问题和人体健康危害，研究者在寻找其替代品的同时，PFOA检测技术的相关研究也越来越受到关注。目前，人们对PFOA进行检测分析的典型方法是液相色谱-质谱(LC-MS)。它虽然能达到较高的灵敏度，但需要复杂的前处理步骤，大量的专业技术人员，且不适用于现场快速分析。与传统的检测方法相比，迅速发展中的光电化学检测技术具有装置简单，分析快速，高灵敏度等特点。待测物与光电化学活性物质之间通过物理或化学作用产生的光电流的变化与分析物浓度之间的关系是光电传感器定量分析的基础。一方面，由于其激发信号(光)和检测信号(电流)能高效分离，从而大大降低了杂志背景信号的干扰，提高了检测的灵敏度。另外，这种方法继承了传统电化学的优势，成本低，便携式和易于微型化，这些亮点使得光电化学检测成为当前十分活跃的研究领域。

在光电化学中，具有光电活性的物质受光激发后发生电荷分离或电荷传递进一步形成光电流(电压)，从而实现了光能向电能的转化。其中，无机半导体材料是光电化学研究中的重要对象。以往的研究中，只有少数的光敏材料得到了有效的利用，以TiO₂为例，因为它有较强的氧化性，无毒性，低成本，生物和化学惰性，因而吸引了广泛的应用，但是由于TiO₂禁带较宽，只有在仅占太阳光4％的紫外光照射下才有效，难以避免对生物分子造成的破坏，其对可见光的利用率也不能很好的满足实际的应用需求。寻求并开发出更高性能的光活性材料，成为光电化学检测面临的一大挑战。碘氧化铋作为一种典型的p-type半导体，具有独特交错的层状结构和内部静态的垂直导电场，在可见光条件下能诱导光生电子-空穴对的快速分离。但由于BiOI的带隙仅为1.8ev，受光激发产生的电子和空穴易于复合。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种新型可见光光电化学检测PFOA传感器。其基于分子印迹的碘氧化铋-碘化银复合材料为传感界面，并利用空间位阻效应引起的电流信号变化在可见光范围内实现了对全氟辛酸(PF0A)的高灵敏度检测。

一种新型空间位阻调控型可见光光电化学检测PFOA传感器,它为分子印迹聚合物@AgI-BiOINFs/FTO电极，由AgI-BiOINFs/FTO和涂覆在AgI-BiOINFs表面的PFOA分子印迹聚合物组成，BiOI呈纳米薄片状，独立交错地均匀分布在FTO基底上，AgI呈颗粒状，均匀地生长在BiOI纳米薄片上。

按上述方案，所述的PFOA分子印迹聚合物是将模板分子全氟辛酸、功能单体丙烯酰胺、交联剂和引发剂混合后，在冰水浴条件下经通氮除氧处理后，紫外光照，然后将得到的混合物离心分离，洗涤，干燥后用甲醇水溶液洗脱模板分子后得到的。

上述新型空间位阻调控型可见光光电化学检测PFOA传感器的制备方法，包括以下步骤：

1)制备BiOI纳米片：以硝酸铋和碘化钾水溶液作为反应液，用连续离子层吸附与反应法(SILAR)在干燥洁净的FTO基底上制备BiOI纳米片(BiOI NFs)薄膜，得到BiOI NFs/FTO电极；

2)将上述制备的BiOI NFs/FTO电极冲洗干净后放入硝酸银溶液中浸泡，即得到AgI-BiOI NFs/FTO电极；

3)将PFOA分子印迹聚合物配成分散液，涂覆在AgI-BiOI NFs/FTO电极表面，在室温下干燥即得到基于分子印迹的AgI-BiOI纳米片的复合电极，记为分子印迹聚合物@AgI-BiOI/FTO。

按上述方案，所述的步骤1)为将干燥洁净的FTO基底依次浸入硝酸铋水溶液10s、浸入水中洗涤、浸入碘化钾水溶液10s，用水清洗，构成一个循环，并重复20个循环以上，然后将其取出，洗涤，干燥，自然冷却至室温，即得BiOI NFs/FTO电极。

按上述方案，所述步骤1)中硝酸铋溶液的浓度为5mM，碘化钾溶液浓度为5mM。

按上述方案，所述步骤2)中硝酸银溶液的浓度为5mM，浸泡时间为5分钟以上。