光催化半導(dǎo)體材料納米氧化物在生物傳感器中的應(yīng)用

光催化半導(dǎo)體材料納米氧化物

在生物傳感器中的應(yīng)用

目錄半導(dǎo)體材料光催化性能簡介金屬氧化物納米材料在生物傳感上的應(yīng)用光催化機(jī)理

由于半導(dǎo)體能帶的不連續(xù)性，電子與空穴的壽命較長，在電場的作用下，電子與空穴發(fā)生分離，并隨之遷移到半導(dǎo)體表面的不同位置。他們能夠在電場作用下或通過擴(kuò)散的方式運(yùn)動，與吸附在半導(dǎo)體催化劑表面上的物質(zhì)發(fā)生氧化或還原反應(yīng)。光生空穴能夠與吸附在半導(dǎo)體表面的H2O發(fā)生作用生成羥基自由基（OH·）.OH·是一種活性更高的氧化物種，能夠氧化多種有機(jī)物并使之礦化。同時，光生電子也能夠與O2發(fā)生作用生成HO·和O2-·等活性氧類。半導(dǎo)體光催化反應(yīng)基本原理2.2納米半導(dǎo)體金屬氧化物在生物傳感器上的應(yīng)用光電化學(xué)生物傳感器是基于物質(zhì)的光電轉(zhuǎn)換特性確定待測物濃度的一類檢測裝置。具有光電化學(xué)活性的物質(zhì)受光激發(fā)后發(fā)生電荷分離或電荷傳遞過程,從而形成光電壓或者光電流，待測物與光電化學(xué)活性物質(zhì)之間的物理、化學(xué)相互作用產(chǎn)生的光電流或光電壓的變化與待測物的濃度間的關(guān)系,是傳感器定量檢測的基礎(chǔ)。目前，納米結(jié)構(gòu)光電極主要有：納米顆粒組成的光電極，此薄膜電極具有大的比表面積，便于生物固定化；核殼結(jié)構(gòu)構(gòu)建的光電極；一維納米結(jié)構(gòu)構(gòu)建的光電極，一維納米結(jié)構(gòu)可以提供更快的電子傳輸，減少光生載流子的復(fù)合；三維納米結(jié)構(gòu)構(gòu)建的光電極，三維納米結(jié)構(gòu)可以提供大的比表面積，更有效的光捕獲和載流子。納米棒

例如，某課題組制備的基于ZnO納米棒的第三代安培型葡萄糖傳感器，固定于ZnO納米棒的葡萄糖氧化酶表現(xiàn)出很高的催化活性，構(gòu)建的傳感器在一個很寬的線性范圍內(nèi)具有高靈敏度和良好的選擇性。基于葡萄糖氧化酶修飾的ZnO納米棒陣列構(gòu)建的第三代安培型葡萄糖傳感器納米線

某課題組以熱蒸發(fā)的方法制備了Sb（銻）摻的SnO2納米線，然后修飾過氧化物酶構(gòu)建過氧化氫生物傳感器。納米線表現(xiàn)出優(yōu)異的電子傳輸能力和對過氧化氫的高的電活性，由其構(gòu)建的生物傳感器表現(xiàn)出高靈敏度、寬線性范圍和長期穩(wěn)定性。

Sb摻SnO2納米線納米管

納米管可以認(rèn)為中空的納米線，因此，它除了具備納米線的優(yōu)異特性外，納米管狀結(jié)構(gòu)將具有更大的比表面積，更有利于生物分子的固定及其活性的保持。

某課題組通過電沉積的方式在金電極上沉積ZnO納米線陣列，然后通過化學(xué)腐蝕的方法形成納米管陣列，然后以交聯(lián)的方式將葡萄糖氧化酶固定到納米管陣列，構(gòu)建葡萄糖生物傳感器。傳感器表現(xiàn)出對葡萄糖快速的響應(yīng)，與基于納米棒和平面結(jié)構(gòu)的生物傳感器相比，該傳感器顯現(xiàn)出更寬的線性范圍和更高的靈敏度。ZnO納米管陣列三維金屬氧化物電極一維納米結(jié)構(gòu)的另外一個重要的應(yīng)用就是作為基本的單元構(gòu)建三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上，將三維網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)移至導(dǎo)電襯底上，便可以構(gòu)建三維多孔電極。三維多孔電極，就是構(gòu)建電極的薄膜存在眾多的孔道，由此表現(xiàn)出了超大的比表面積和短的離子擴(kuò)散長度。如圖所示，Wang課題組通過電化學(xué)沉積的方法在泡沫鎳上沉積三維多孔Co3O4薄膜，并