[發明專利]一種激光誘導二氧化鈦/三維多孔石墨烯復合光電極的制備及其光致電化學農殘傳感研究

有效

• 申請號: 201910066840.0
• 申請日: 2019-01-24
• 公開（公告）號: CN109682872B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 請求不公布姓名
• 申請（專利權）人: 青島農業大學
• 主分類號: G01N27/26
• 分類號: G01N27/26;G01N27/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種激光誘導二氧化鈦/三維多孔石墨烯復合光電極的制備方法，它采用激光誘導制備方式。將鈦源溶解至聚酰亞胺前驅液中，將得到的粘性溶液旋涂至氧化銦錫導電玻璃表面，經加熱脫水縮合后，在氧化銦錫導電玻璃表面形成鈦離子摻雜的聚酰亞胺復合膜，利用CO2激光將預先設計好的光電極圖案雕刻至鈦離子摻雜聚酰亞胺復合膜表面，即制備形成二氧化鈦/三維多孔石墨烯復合光電極。本發明的二氧化鈦/三維多孔石墨烯復合光電極可用于免標記均相光致電化學農殘（馬拉硫磷）傳感研究。光電流強度隨著目標物馬拉硫磷濃度增大而減小。

技術領域

本發明涉及一種新型激光誘導二氧化鈦/三維多孔石墨烯復合光電極的制備方法，及利用該電極實現對農藥殘留的免標記均相光致電化學檢測。

背景技術

光致電化學分析方法是基于光伏原理而發展起來的新興生物傳感技術。眾所周知，光致電化學生物傳感技術兼具了光學與電化學優點：它利用光激活光電活性材料，以產生的光電流作為檢測信號，實現了激發信號與檢測信號的分離，極大地降低了背景信號從而提高了傳感靈敏度。因此，光致電化學生物傳感技術得到了科研工作者的廣泛關注。光電極是光致電化學生物傳感過程中信號轉化與傳遞的重要樞紐，因此，開發具有更高光電轉化效率的新型光電極是光致電化生物傳感領域的研究熱點。在眾多光電極材料中，由于其具有低成本、環境友好、無毒、形貌可控以及高穩定性等諸多優點，二氧化鈦仍是當前最流行的半導體光電基礎材料之一，被廣泛用于多種高效光電極的構筑。為擴展二氧化鈦吸收光波范圍并抑制其電子-空穴復合速率，科研工作者們將二氧化鈦與具有出色的光學性能和極高電子傳遞速率的石墨烯材料復合，得到的二氧化鈦/石墨烯復合材料，大大提高了二氧化鈦電子-空穴分離效率與載流子傳遞速率，并將二氧化鈦的光電響應波長范圍拓寬到可見光區。與傳統二維平面石墨烯相比，具有眾多大孔結構的三維多孔石墨烯不僅保留了二維石墨烯的優良性質，還可提供更大的比表面積和更低的傳質阻力。因此，將三維多孔石墨烯作為理想的光電極導電骨架，不僅可提高有效光電活性材料負載量，還可提升電子供/受體電解質向光電活性材料表面的擴散速率。

然而，二氧化鈦/三維多孔石墨烯復合材料的傳統制備方法通常包含諸多繁瑣冗長的步驟，例如：三維多孔石墨烯的制備、二氧化鈦的制備、三維多孔石墨烯與二氧化鈦的組裝、二氧化鈦/三維多孔石墨烯在電極表面的修飾與保護等。因此，發展一種簡單、穩定的新方法用于制備高效二氧化鈦/三維多孔石墨烯復合光電極勢在必行。本專利針對這一問題，利用二氧化碳(CO₂)紅外激光的光熱特性，在氧化銦錫導電玻璃表面直接生成二氧化鈦/三維多孔石墨烯復合材料，形成復合光電極。該方法簡單、穩定、通用性強，并可實現大批量制備。本發明制備的激光誘導二氧化鈦/三維多孔石墨烯復合光電極，具有優良的光致電化學性能，結合一種配套的免標記均相光致電化學傳感策略，實現了農藥殘留的高靈敏檢測。

發明內容

本發明的目的是提供一種激光誘導二氧化鈦/三維多孔石墨烯復合光電極的制備方法，以及使用該光電極實現農藥殘留的免標記均相光致電化學檢測。

本發明技術方案如下

?一種激光誘導二氧化鈦/三維多孔石墨烯復合光電極的制備方法，它采用激光誘導制備方式。將鈦源溶解至聚酰亞胺前驅液中，得到的粘性溶液旋涂至氧化銦錫導電玻璃表面，經加熱脫水縮合后，在氧化銦錫導電玻璃表面形成含鈦離子摻雜的聚酰亞胺復合膜，利用CO₂激光切割雕刻機，將預先設計好的光電極圖案雕刻至鈦離子摻雜聚酰亞胺復合膜表面，即制備形成二氧化鈦/三維多孔石墨烯復合光電極。

上述光電極圖案由電腦軟件設計繪制，如圖1所示。

一種激光誘導二氧化鈦/三維多孔石墨烯復合光電極的制備方法，它由下列步驟組成：

步驟1.?將1.5-2.0?g?4,4-二氨基二苯醚加入到20-30?mL?N,N-二甲基甲酰胺溶液中，磁力攪拌，使之完全溶解；