一种基于氧化物异质结材料的无酶过氧化氢光电化学传感器的制备方法和检测方法技术

本发明专利技术涉及光电化学传感器领域，具体公开了一种基于WO3/Mo:BiVO4异质结光阳极的无酶过氧化氢传感器的制备方法和检测方法。本发明专利技术的传感器以WO3/Mo:BiVO4为活性电极，在光激发下，通过监测过氧化氢在WO3/Mo:BiVO4表面被氧化的电流信号与过氧化氢浓度的依赖关系，分析过氧化氢浓度，对过氧化氢的检测灵敏度为186.2μA cm

【技术实现步骤摘要】
一种基于氧化物异质结材料的无酶过氧化氢光电化学传感器的制备方法和检测方法


[0001]本专利技术涉及光电化学传感器
，尤其涉及一种基于氧化物异质结材料的无酶过氧化氢光电化学传感器的制备方法和检测方法。

技术介绍

[0002]过氧化氢是一种常见的化学试剂，其在环保、医疗诊断、制药、食品加工等多个领域发挥着重要作用。然而工业中过氧化氢的过量生产和不合理排放都会导致严重的环境问题，所以精准监测过氧化氢的含量十分必要。至今，包括荧光法、光谱法、化学发光法、色谱法等在内的多种方法已被用于检测过氧化氢。但是这些方法耗费大，且试样处理比较复杂，不利于推广。
[0003]相比之下，电化学分析因其灵敏度高、成本低、操作简单、抗干扰性强而备受关注。光电化学传感器是一种将光催化与电化学分析相结合的先进分析技术。当光源的能量大于或等于半导体禁带宽度时，电子
‑
空穴对在半导体内部产生并分离，经过转移与注入表面待测物引发化学反应产生电信号，根据待测物的浓度与电信号呈现的线性关系，据此对实际样品进行检测。根据检测过程有或没有酶的参与，光电化学传感器分为酶型和无酶型。酶型传感器虽然拥有良好的敏感性和稳定性，但是酶本身易受pH、温度、湿度和有毒化学品影响，不利于精确检测过氧化氢，因此，无酶型光电化学传感器具有重要的应用前景。
[0004]WO3禁带宽度为2.5～2.7eV，因无毒，耐腐蚀性强，优良的空穴扩散长度等优点被视为最具潜力的光电阳极材料。BiVO4禁带宽度为2.4eV，抗腐蚀且稳定性好，但存在电荷传输性能差和电子空穴易复合的问题。通过材料耦合构建异质结，可结合各组分优点并减小缺点。因WO3的导带位置和价带位置均低于BiVO4电极的导带位置和价带位置，使得WO3和Mo:BiVO4的界面可以形成II型异质结结构，得到异质结电极，有利于光生电荷的分离和传输，减少载流子复合，提高表面反应性能，尚未有基于WO3/Mo:BiVO4异质结电极的无酶过氧化氢光电化学传感器的报道。

技术实现思路

[0005]本专利技术公开了一种基于WO3/Mo:BiVO4异质结光阳极无酶过氧化氢光电化学传感器的制备方法与检测方法，该传感器激发源与电化学检测系统相互独立，背景噪音小，信号强，灵敏度高，选择性和稳定性良好，不需要昂贵的仪器设备。
[0006]为实现上述目的，本专利技术公开了一种基于WO3/Mo:BiVO4异质结光阳极无酶过氧化氢光电化学传感器，它包括取WO3/Mo:BiVO4电极作为工作电极，Pt片为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，并通过电解质溶液构成闭合回路用于检测过氧化氢浓度。
[0007]进一步地，所述WO3/Mo:BiVO4电极包括FTO导电基底及复合在FTO表面的WO3/Mo:BiVO4薄膜。
[0008]进一步地，所述WO3/Mo:BiVO4薄膜包括以纳米片阵列方式垂直排布在导电基底上
的WO3层和以颗粒形式紧密覆盖在WO3层的Mo:BiVO4层，且WO3/Mo:BiVO4薄膜厚度为700
‑
1000nm，Mo:BiVO4颗粒的粒径为50～200nm；优选的，WO3/Mo:BiVO4薄膜厚度为850
‑
950nm，更优选的，WO3/Mo:BiVO4薄膜厚度为900
‑
950nm。
[0009]为更好地实现本专利技术的技术目的，本专利技术还公开了一种基于WO3/Mo:BiVO4异质结光阳极无酶过氧化氢光电化学传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0010]以WO3/Mo:BiVO4异质结电极为工作电极，Pt片为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，插入电解质溶液中，即制得无酶过氧化氢光电化学传感器。
[0011]其中WO3/Mo:BiVO4异质结电极的制备方法包括以下步骤：
[0012](1)制备WO3纳米片阵列薄膜电极：按照专利CN105384358B(专利技术名称为：一种WO3纳米片阵列薄膜制备方法及其应用研究)记载的方法在FTO导电玻璃的导电面制备WO3纳米片阵列薄膜电极；
[0013](2)制备合成Mo掺杂的BiVO4薄膜的前驱体溶液：将五水合硝酸铋溶于冰乙酸中，将乙酰丙酮氧钒和乙酰丙酮钼分别溶于乙酰丙酮中，然后将上述三种溶液混合，得到合成Mo掺杂的BiVO4薄膜的前驱体溶液；
[0014]其中，前驱液中Bi:(V+Mo)元素摩尔比为1:1，Mo:(V+Mo)元素摩尔比为0.1％～10％，优选的，Mo:(V+Mo)元素摩尔比为1％～5％，更优选的，Mo:(V+Mo)元素摩尔比为3％；
[0015](3)制备WO3/Mo:BiVO4异质结电极：将步骤(2)所得前驱体液旋涂在步骤(1)制得的WO3纳米片阵列薄膜电极上，干燥，退火得到WO3/Mo:BiVO4异质结；
[0016]优选的，旋涂次数为6～12次，优选为6
‑
10次，更优选为9次。
[0017]优选的，旋涂步骤为：旋涂液用量为10～20μL/次，旋涂转速为：低速500～600r/min，10s，高速1000～1500r/min，10s。
[0018]优选的，退火的温度为400～600℃，退火时间为1～5h；更优选的，退火的温度为400～500℃，退火时间为1～2h。
[0019]优选的，步骤(1)中所述FTO导电玻璃在使用前用丙酮、乙醇和蒸馏水进行超声清洗5～20min。
[0020]进一步地，所述FTO导电玻璃的尺寸为0.5～10厘米
×
0.5～10厘米。
[0021]此外，本专利技术还公开了一种基于WO3/Mo:BiVO4异质结光阳极无酶过氧化氢光电化学传感器的检测方法，它包括以下步骤：
[0022]将上述方法制备的WO3/Mo:BiVO4异质结电极作为工作电极，Pt片为对电极，饱和甘汞电极为参比电极组成三电极系统，并将其置于含过氧化氢的电解质溶液中，然后将无酶过氧化氢光电化学传感器与电化学工作站连接，设置反应电位为
‑
0.2～0.4Vvs.SCE，采用电流
‑
时间技术，在模拟太阳光的照射下采集过氧化氢被氧化的光电信号，通过光电信号的变化分析过氧化氢浓度。
[0023]所述无酶过氧化氢光电化学传感器对于浓度为0.1～2.0mmol/L的过氧化氢的检测灵敏度为186.2μAcm
‑2mM
‑1，线性相关系数为0.996，传感器稳定性超过14天。
[0024]本专利技术技术方案与现有技术相比，具有如下优点和有益的技术效果：
[0025]1、传统光谱法、色谱法检测过氧化氢耗费大、且试样处理比较复杂，本专利技术不需要昂贵的仪器设备、检测成本低、操作简单。
[0026]2、与过氧化氢电化学传感器相比，本专利技术激发源与电化学检测系统相互独立，具
有背景噪音小，信号强，灵敏度高，避免贵金属催化剂的使用的优点。
[0027]3、与酶型光电化学传感器相比，本专利技术无酶过氧化氢光电化学传感器具有结构简单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于WO3/Mo:BiVO4异质结光阳极无酶过氧化氢光电化学传感器，其特征在于，所述传感器以WO3/Mo:BiVO4异质结电极作为工作电极，所述WO3/Mo:BiVO4电极包括FTO导电基底及复合在FTO表面的WO3/Mo:BiVO4薄膜，所述WO3/Mo:BiVO4薄膜包括以纳米片阵列方式垂直排布在导电基底上的WO3层和以颗粒形式紧密覆盖在WO3层的Mo:BiVO4层。2.根据权利要求1所述的一种基于WO3/Mo:BiVO4异质结光阳极无酶过氧化氢光电化学传感器，其特征在于，所述WO3/Mo:BiVO4薄膜的厚度为700
‑
1000nm，优选为850
‑
950nm，Mo:BiVO4颗粒的粒径为50~200nm，合成Mo掺杂的BiVO4薄膜的前驱体溶液中：Bi:(V+Mo)元素摩尔比为1:1，Mo:(V+Mo)元素摩尔比为0.1%~10%，优选的，Mo:(V+Mo)元素摩尔比为1%~5%，更优选的，Mo:(V+Mo)元素摩尔比为3%。3.根据权利要求2所述的一种基于WO3/Mo:BiVO4异质结光阳极无酶过氧化氢光电化学传感器，其特征在于，覆盖在WO3层的Mo:BiVO4层是通过旋涂方式制得，旋涂次数为6~12次，优选为6
‑
10次，更优选为9次。4.根据权利要求1~3任一所述的一种基于WO3/Mo:BiVO4异质结光阳极无酶过氧化氢光电化学传感器，其特征在于，所述WO3/Mo:BiVO4异质结电极的制备方法包括以下步骤：（1）制备WO3纳米片阵列薄膜电极：在FTO导电玻璃的导电面制备WO3纳米片阵列薄膜电极；（2）制备合成Mo掺杂的BiVO4薄膜的前驱体溶液：将五水合硝酸铋溶于冰乙酸中，将乙酰丙酮氧钒和乙酰丙酮钼分别溶于乙酰丙酮中，然后将上述三种溶液混合，得到合成Mo掺杂的BiVO4薄膜的前驱体溶液；其中，前驱液中Bi:(V+Mo)元素摩尔比为1:1，Mo:(V+Mo)元素摩尔比为0.1%~10%，优选的，Mo:(...

【专利技术属性】
技术研发人员：张丙青，黄兰兰，何利华，倪静，龚春丽，刘海，
申请(专利权)人：湖北工程学院，
类型：发明
国别省市：