[發明專利]檢測4-硝基酚的光引發的自供能電化學傳感器及其應用

有效

• 申請號: 201710408483.2
• 申請日: 2017-06-02
• 公開（公告）號: CN107290416B
• 公開（公告）日: 2019-05-31
• 發明（設計）人: 張敬東;閆凱;楊耀華
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01N27/416
• 分類號: G01N27/416
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 許恒恒;李智

本發明公開了一種檢測4?硝基酚的光引發的自供能電化學傳感器及其應用，其中該電化學傳感器包括陽極室(4)、陽極(2)、陰極室(3)、以及光陰極(1)；光陰極(1)包括第一導電基底、光敏材料層以及分子印跡聚合物層；陽極(2)包括第二導電基底以及催化劑層；陰極室(3)用于放置待檢測4?硝基酚濃度的待檢測溶液，光陰極(1)用于在光源的照射下，并通過與陽極(2)之間的電位差對待檢測溶液中4?硝基酚的濃度進行檢測。本發明通過對電化學傳感器中關鍵組件的結構及其設置方式、材料等進行改進，使得檢測所依據的電化學反應機理相應變化，與現有技術相比能夠有效解決4?硝基酚的檢測方法不穩定或操作復雜等的問題。

技術領域

本發明屬于電化學傳感器領域，更具體地，涉及一種檢測4-硝基酚的光引發的自供能電化學傳感器及其應用。

背景技術

電化學傳感作為化學傳感領域最重要的方法之一，由于其具有響應速度快、靈敏度高等優點，已被廣泛用于生物分析、環境監測等領域。

4-硝基酚是一種重要的化工原料，廣泛用于染料、農藥、醫藥等化工行業。由于其具有高毒性、強刺激性，4-硝基酚已被美國環保局列入“優先控制污染物”名單。目前4-硝基酚的檢測方法主要有光度法、色譜法、電化學法等方式。光度法檢測易受到異構體的干擾且顯色試劑不穩定，色譜法雖然具有較好的選擇性，但是操作復雜，樣品預處理繁瑣。現階段采用電化學檢測水中4-硝基酚含量方法一般都基于三電極傳感體系，如CN104458881A公布的檢測4-硝基酚的新型電極材料，其使用方式是以發明作為工作電極，搭配參比、輔助電極以及恒電位儀構成傳感裝置。這種傳統的三電極體系，在使用時需要通過恒電位儀控制工作電極的電位，不利于傳感器的小型化和現場使用。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明的目的在于提供一種檢測4-硝基酚的光引發的自供能電化學傳感器及其應用，其中通過對電化學傳感器中關鍵組件的結構及其設置方式、材料等進行改進，使得檢測所依據的電化學反應機理相應變化，與現有技術相比能夠有效解決4-硝基酚的檢測方法不穩定或操作復雜等的問題，本發明利用光照射下光敏材料(如p-型半導體，例如，硫化鉛PbS量子點等)對4-硝基酚的還原反應的催化以及分子印跡聚合物對4-硝基酚的特異性識別，從而構建一種新型的檢測4-硝基酚的自供能電化學傳感器；本發明中的傳感體系以硫化鉛修飾電極作為光陰極，以石墨烯修飾電極作為陽極，通過電極材料與電化學傳感器內其他組件的整體配合，利用陽極和陰極之間自發的光電化學氧化還原反應構建成兩電極體系的光催化燃料電池，以電池的開路電位為定量依據，可對4-硝基酚含量進行檢測，對測量環境不敏感，靈敏度高，選擇性好。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種檢測4-硝基酚的電化學傳感器，其特征在于，包括陽極室(4)、陽極(2)、陰極室(3)、以及光陰極(1)；其中，

所述陽極(2)設置于所述陽極室(4)內，所述光陰極(1)設置于所述陰極室(3)內，所述陰極室(3)與所述陽極室(4)之間通過質子交換膜(5)分隔；

所述光陰極(1)包括第一導電基底、光敏材料層以及分子印跡聚合物層；所述陽極(2)包括第二導電基底以及催化劑層，所述催化劑層用于對所述陽極室(4)內放置的陽極電解液的氧化起催化作用；

所述陰極室(3)用于放置待檢測4-硝基酚濃度的待檢測溶液，所述光陰極(1)用于在光源的照射下，并通過與所述陽極(2)之間的電位差對所述待檢測溶液中4-硝基酚的濃度進行檢測。

作為本發明的進一步優選，所述第一導電基底和所述第二導電基底均選自導電玻璃電極、玻碳電極、石墨電極或鈦電極。

作為本發明的進一步優選，所述光敏材料層為p型半導體層；優選的，該p型半導體為硫化鉛、碘氧化鉍或氧化亞銅。

作為本發明的進一步優選，所述催化劑層包括石墨烯或金屬納米顆粒中的一種或多種；優選的，所述陽極電解液包括0.001M～0.30M的抗壞血酸。