刘　壮，兰德瑞

光电化学传感器的构建应用技术

刘壮1，兰德瑞2

（1.沈阳理工大学理学院，辽宁沈阳 110159；2.沈阳理工大学经济管理学院，辽宁沈阳 110159）

光电化学分析是一种在光照射条件下，电极、光电材料和被分析物之间电荷转移发展的重要检测技术，其基于光电转换和电化学两个过程，结合被分析物产生的光电压或者光电流变化，构建被分析物和光电响应变化之间的定量关系，构建出光电化学传感器，用于环境、生物等方面的分析研究。简要介绍了光电化学传感器，分析了光电化学传感器的构建应用技术。

光电化学传感器；构建应用技术

近年来，光电化学快速发展，随着电解质溶液体系和新型半导体电极在光照条件下的光电转换规律和电化学行为越来越深入，再加上当前分析、环境、能源等学科领域的发展需求，光电化学的某些研究成果已经被应用在光电化学分析、光电化学分解水、光电化学太阳能电池等领域，光电化学传感器的发展前景非常广阔，在未来发展过程中应加大对光电化学传感器构建应用技术的分析和研究，推动光电化学传感器的持续发展。

1　光电化学传感器

光电化学传感器主要包括电流型和电位型。当前，光电位传感器应用非常广泛，电流型光电化学传感器主要是利用激发态光电材料和被测物质之间电子传递从而导致光电流发生变化实现测定，或者结合待测物质材料的光电流，实现定量分析。光电化学传感器结合了光电化学和传统电化学传感器的优点，并且也具有光化学和电化学传感器的应用优势，一方面，光电化学传感器利用电化学检测方式，不仅易于微型化，而且设备价廉、简单；另一方面，光电化学分析用于检测电信号，利用光作为激发信号，并且应用不同形式能量作为检测信号、激发信号，确保检测信号和激发信号的独立性，不会发生相互干扰，因此背景信号比较低，光电化学传感器的灵敏度较高。光电化学传感器应用优势明显，在光电化学分析中发展前景广阔，并且光电化学分析和生物功能分子应用、免疫分析体系建立、纳米材料加工等有效结合起来，使其应用范围进一步得到扩展。当前，光电化学传感器在环境分析、细胞分析、免疫分析、酶传感分析、DNA分析、生物活性分析等领域发展前景广阔。

2　光电化学传感器的构建应用技术

2.1材料选择和设计

2.1.1有机光电分子

有机光电分子是指在光照条件激发下电子从最低空轨道和最高占据轨道实现电荷转移和产生激发态的有机分子，这种分子包括有机金属配合物类、蒽醌类、偶氮染料、酞菁类、卟啉类等，有机金属配合物类是一种重要的有机光电分子，其由相关金属离子和电子体系配体构成。通常情况下，有机光电分子的离域电子体系较大，可快速吸收可见光，并且其电子转移和电子注入能力较强，并且结合实际需求有机光电分子可进行基团修饰或者直接合成，其可修饰性较好。光电化学传感器加工制作时，如果单独使用这种有机金属配合物作为光电转化层，在实际应用中，其光电流产生量较弱，往往需要复合其它传导材料，从而提高检测灵敏度和光电流信号。例如将金纳米粒子焊镀在石墨烯表面，对石墨烯/Au NPs纳米复合物进行修饰，在氢醌光电化学检测过程中使用电极修饰材料，其应用效果非常显著。

2.1.2导电高分子及其复合物

导电高分子是经过电化学或者化学掺杂将包含共轭π键高分子转化为半导体或者导体，这种导电高分子材料的π电子共轭反键和成键能带之间往往具有较小的能隙，其和无机半导体的价带和导带能隙比较接近，所以大多数共轭高分子材料在实际应用中都具有半导体性能。当前，聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯等研究比较成熟，无机半导体构建和复合过程中利用导电高分子，利用其特异性可识别分子印迹膜，并且导电高分子的加工制作比较简单，可有效识别基团修饰和可控聚合，可设计性较强，其研究潜力非常大。

2.2信号产生和传感模式

2.2.1电荷氧化还原和转移

光电化学传感器设计时，主要采用阳极光电流，考虑到传感模式，空穴或者电子的氧化还原反应和电荷转移对于光电极反应有着直接影响，一般情况下不包括酶催化、分子识别等过程，通过电荷的有效分离可促进信号产生。光电活性物质在光激发条件下发生电子跃迁，产生空穴—电子对，待检测物质分子和光电层空穴发生氧化还原反应，电子逐渐转移到电极表面。通常被检测物具有还原性，以一定浓度作为电子供体添加在电解质溶液中，光电层中的空穴—电子对受到被检测物分子影响实现有效分离，实现光电流快速增加。随着待测物浓度增大，光电流逐渐增强，利用被检测物分子和光电流的数量关系，定量分析待测物。

2.2.2光电流抑制

光电化学传感器根据光电层空间位阻效应，结合分子识别，产生阳极光电流，电子供体在电解质溶解中捕获电子—空穴对，实现光电极反应。光电化学池在进行光电检测时，通常氧化电位较低且没有毒性的抗坏血酸溶于电解质溶液中。若分子复合物嵌入电解质溶液层和光电层之间，电子供体向光电层的空穴捕获和电子迁移受到阻碍，造成光电流降低，结合位阻效应和降低光电流的定量关系，科学分析目标物。

3　结束语

近年来，光电化学分析快速发展，而光电化学传感器的应用发展还存在一些问题，通过仔细分析和研究光电化学分

析理论，加强技术和设备创新，进一步拓展高稳定性和高活性材料，由于大部分光电化学分析检测设备都是自制组装，检测灵敏度不足，光信号较弱，在未来发展过程中应研发高稳定性、灵敏、方便的光电化学分析仪器，不断提高光电化学传感器构建应用技术水平。

［1］ 孙兵，艾仕云.光电化学传感器的构建及应用［J］.化学进展，2014，（5）：834-845.

Construction Applications photoelectrochemical sensor

Liu Zhuang，Lan De-rui

The analysis is a photoelectrochemical under light irradiation conditions，electrodes，photovoltaic materials and charge transfer between the analyte was an important development in testing technology，which is based on the photoelectric conversion two electrochemical processes and，combined with the light generated by the analyte voltage or current changes in the light，to build quantitative relationship between the analyte and the photovoltaic response between changes，construct photoelectrochemical sensors，analysis of environmental，biological and other aspects for.Introduces the photoelectrochemical sensors，analysis of the application of technology to build photoelectrochemical sensor.

Optical chemical sensor；Construction Applications

O657.1；TP212.2

A

1003-6490（2016）06-0060-02

2016-05-22

刘壮（1994—），男，天津人，本科在读，主要研究方向为光电信息科学。

收稿日期：2016-06-06

作者简介： 李嘉良（1994—），男，河北滦南人，本科在读，主要研究方向为车辆工程。