[發明專利]金納米顆粒-二氧化鈦納米線陣列復合材料及其制備方法和應用

無效

• 申請號: 201410288286.8
• 申請日: 2014-06-25
• 公開（公告）號: CN104076075A
• 公開（公告）日: 2014-10-01
• 發明（設計）人: 鄭耿鋒;達佩玫
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: G01N27/30
• 分類號: G01N27/30
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬于光電化學傳感器技術領域，具體涉及一種金納米顆粒-二氧化鈦納米線陣列復合材料及其制備方法和應用。?

背景技術

對化學物質和生物分子的高靈敏度檢測在生物醫藥、早期疾病診斷、藥物快速篩選和生物安全性的方面有著重要的意義。高靈敏度檢測的關鍵在于特異性地識別待測分子和有效的信號產生和轉化體系的建立。近年來，為了實現快速、靈高敏度、大規模和成本低廉的生物化學檢測，許多光學、電學和機械等檢測分析手段得到了極大發展。在這些分析檢測手段中，光電化學傳感器代表了一種獨特的信號傳導模式，融合了光電兩種信號以實現高靈敏度低噪音的特異性檢測。?

目前廣泛用于光電化學傳感器研究的材料的主要是二氧化鈦。但是二氧化鈦是寬帶隙半導體（禁帶寬度為3.2?eV），主要吸收紫外光，此外還存在光生電子-空穴對壽命短，光催化過程量子效率低等缺點。為了提高二氧化鈦光催化劑的效率，可以通過復合金納米粒子的方法提高二氧化鈦對光的響應性，同時對金納米粒子表面進行待檢測分子的特異性受體修飾。當特異性受體與待檢測分子進行結合時，金納米粒子表面的場強將發生變化，金納米粒子與氧化鈦界面之間的電子傳輸效率會改變，從而輸出的電信號會反映出這一過程，實現對待檢測物質的高靈敏度檢測。?

發明內容

本發明的目的是提供種能夠實現高效光電轉化的金納米顆粒-二氧化鈦納米線陣列復合材料及其制備方法和應用。?

本發明提供的金納米顆粒-二氧化鈦納米線陣列復合材料的制備方法，具體步驟為：?

(1)將水與濃酸混合0.1–0.5小時后，向其中加入鈦源，攪拌狀態下反應5–10?min，然后轉移到反應釜中，將適當大小的基底（如FTO導電玻璃）正面朝下放入反應釜內，140–180?℃條件下反應4–20個小時；

(2)將上述步驟制得的產物沖洗干凈、晾干，于空氣氣氛中450–550℃溫度條件下焙燒1–2小時，之后浸泡于一定酸度的氯金酸溶液中2-12小時，接著于空氣氣氛中280?-320℃溫度條件下焙燒1.8-2.2小時，優選300?℃溫度條件下焙燒2小時，即獲得金納米顆粒-二氧化鈦納米線陣列復合結構；

(3)?將上述步驟制得的復合結構浸泡于硫醇的甲苯分散液中12-20小時，然后沖洗干凈、晾干，浸泡于特異性受體溶液中完成對金納米粒子表面的修飾，最終獲得金納米顆粒-氧化鈦納米線復合材料。

所述的鈦源可以是硫酸氧鈦、硫酸鈦、四氯化鈦、四異丙醇鈦、正丁醇鈦、四乙胺基鈦、四丙胺基鈦或四丁胺基鈦中的一種或多種。?

所述的濃酸可以為濃鹽酸或硝酸。?

所述的硫醇為十八烷基硫醇或十二烷基硫醇。?

所述的特異性受體溶液為單唾液神經節苷脂或三唾液酸神經節苷脂。?

所述的細菌毒素為霍亂毒素B亞單位或肉毒桿菌。?

所述的基底可以是FTO玻璃或旋涂有二氧化鈦晶種的硅片或玻片。?

本發明中，金納米顆粒-二氧化鈦納米線陣列復合材料中，金/鈦的摩爾比為0.15-0.25%，較合適的為0.2%。?

本發明的金納米顆粒-二氧化鈦納米線陣列復合材料，能利用太陽能光解水產生光電流同時進行細菌毒素的高靈敏度檢測。?

本發明的金納米顆粒-二氧化鈦納米線陣列復合材料的可應用于光電化學傳感器：以金納米顆粒-二氧化鈦納米線陣列復合結構為工作電極，Ag/AgCl電極為參比電極，鉑絲為對電極，0.1?M的磷酸緩沖溶液為反應溶液，照射光強度為一個太陽光，照射截面積為可根據工作電極的面積大小調節。?

?本發明的二氧化鈦陣列是采用水熱法制備，通過復合金納米粒子實現高效光電轉化。?

本發明的基于金納米顆粒-二氧化鈦納米線陣列復合結構的光電化學傳感器，具有制作工藝簡單，成本低，穩定性好，光電轉化效率高并對環境友好的特點，適合大面積生產，對于細菌毒素檢測研究上具有重要意義，在新能源領域也具有很好的應用前景。?

本發明將傳統光解水技術和光電轉化傳感器技術進行耦合，提高了材料對光的吸收效率，實現了高效光電轉化產生光電流信號用于生物傳感器的一步過程。?

附圖說明

圖1：為金納米顆粒-二氧化鈦納米線陣列復合材料的SEM照片和TEM照片。其中，a為頂視SEM照片，b為側面SEM照片；?c為單根氧化鈦納米線上金納米粒子分布的TEM照片，d為一個金納米粒子與周圍氧化鈦晶格的高分辨TEM照片。?