基于硫化镉纳米颗粒/二氧化钛纳米线阵列复合材料的光电化学传感器的制备及其应用制造技术

本发明专利技术公开了基于硫化镉纳米颗粒/二氧化钛纳米线阵列复合材料的光电化学传感器的制备及其应用。所述方法包括以下步骤：采用水热法制备TiO2纳米线阵列/FTO电极；采用水热法制备CdS纳米颗粒与TiO2纳米线阵列复合材料电极。本发明专利技术提供的光电化学传感器可用于检测亚硝酸盐。本发明专利技术所述方法中，亚硝酸盐的检测主要基于一种全新的机制——亚硝酸盐对CdS的刻蚀现象。本发明专利技术方法克服了传统电化学检测亚硝酸盐的方法中存在的一些弊病，基于新发现的亚硝酸盐对CdS的刻蚀现象，构建一种基于新传感策略的光电化学传感器，且该传感器可实现对亚硝酸盐得高灵敏度和高选择性的分析和检测。硝酸盐得高灵敏度和高选择性的分析和检测。硝酸盐得高灵敏度和高选择性的分析和检测。

【技术实现步骤摘要】
基于硫化镉纳米颗粒/二氧化钛纳米线阵列复合材料的光电化学传感器的制备及其应用


[0001]本专利技术属于光电化学传感
，具体涉及基于硫化镉纳米颗粒/二氧化钛纳米线阵列复合材料的光电化学传感器的制备及其应用。

技术介绍

[0002]亚硝酸盐是一种与食品行业息息相关的化合物，该物质可以存在于多类天然和加工食品中。亚硝酸盐可以是由化肥滥用造成的污染土壤或水源转移至蔬果中；其也可能由腐败食物中细菌还原硝酸盐产生；其同样也是一种肉类制品添加剂，对于肉类食品可起到防腐和增色的作用。鉴于其在食品中广泛存在的事实，摄入亚硝酸盐可产生的严重生理问题不容忽视。大剂量摄入亚硝酸盐，可导致其与人红细胞中的血红素结合造成高铁血红蛋白症，影响体循环中氧气的传输。该症状对婴儿的影响尤其严重，此外，亚硝酸盐对婴儿有致畸作用。长期较低剂量摄入亚硝酸盐，同样可能对身体健康产生恶劣的影响。在酸性的微环境中，亚硝酸盐易与食物中的胺类反应生成具有强致癌作用的亚硝胺类物质。由此可见，食品中亚硝酸盐浓度超标是人身体健康的重要威胁之一。因此，控制摄入食品中亚硝酸盐含量和亚硝酸盐的检测这些年持续受到大众的关注。各国政府或相关行业从业者纷纷出台了各类食品中亚硝酸盐含量的标准，并不断研发和完善针对亚硝酸盐的检测方法。
[0003]目前，亚硝酸盐的检测方法包括以下：分光光度法、离子色谱法、荧光法、化学发光法、电化学发光法和电化学法等。分光光度法以盐酸萘乙二胺检测法为代表，该方法操作简单，反应直观，检测设备要求低，是中华人民共和国《食品安全国家标准：食品中亚硝酸盐与硝酸盐的测定》(GB 5009.33
‑
2016)中亚硝酸盐的检测方法之一。同为该标准中采用的离子色谱法对亚硝酸盐具有较高的检测灵敏度，操作简单，但对仪器有一定的要求。以荧光和电化学法为代表的一些新兴的亚硝酸盐检测方法同样展现出优异的表现。电化学法具有高灵敏度、快响应、低成本和易于小型化等优势，是近年来研究最多的亚硝酸盐检测方法之一。然而绝大部分电化学检测亚硝酸盐的方法主要基于电催化氧化亚硝酸盐的原理，需要施加较高的外加电压(一般大于0.6V)，外加高电压可能导致干扰信号繁多和检测背景信号较强等现象；基于电催化还原亚硝酸盐原理的检测方法虽然能克服以上问题，但其电催化反应易受到氧气的干扰，降低检测方法的精准度。因此，利用电化学手段检测亚硝酸盐的方法存在着较高的应用潜力，但在性能方面仍存在提升空间。
[0004]光电化学(Photoelectrochemical，PEC)检测法是近年来由电化学检测法发展出的分支之一。该检测方法将激发信号(光)和检测信号(电)在形式上分开，因此具有背景信号低、噪声干扰小、灵敏度高等特性。目前，基于光电化学原理的亚硝酸盐检测研究工作极少被报道，搜索后仅两篇。Francisco等人的工作中利用BiVO4光催化氧化的原理检测亚硝酸盐，但仍需施加高达1.1V的外加电压。Luo等人的工作中，在传感器表面构建了修饰光敏剂Ru(bpy)
32+
的 SnO2‑
AuNPs 3D网状结构，用于光催化氧化亚硝酸盐。该传感器所需外加电压为0.4V，兼具优秀的灵敏度和选择性。以上研究表明，光电化学法可实现对亚硝酸盐的高
性能分析和检测，但目前该类研究相对较少，因此，也具有较大的应用前景和性能提升潜力。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术的缺点和不足之处，本专利技术的首要目的在于提供一种基于硫化镉纳米颗粒/二氧化钛纳米线阵列复合材料的光电化学传感器的制备方法。
[0006]本专利技术的另一目的在于提供一种由上述方法制得的基于硫化镉纳米颗粒/二氧化钛纳米线阵列复合材料的光电化学传感器。
[0007]本专利技术的再一目的在于提供上述基于硫化镉纳米颗粒/二氧化钛纳米线阵列复合材料的光电化学传感器的应用。
[0008]本专利技术还提供了一种亚硝酸盐的检测方法。
[0009]本专利技术方法克服了传统电化学检测亚硝酸盐的方法中存在的一些弊病(例如高电位、背景干扰大、选择性问题等)，基于新发现的亚硝酸盐对CdS的刻蚀现象，构建一种基于新传感策略的光电化学传感器，且该传感器可实现对亚硝酸盐的高灵敏度和高选择性的分析和检测。同时，传感器还需具备高重现性、高信号稳定性和部分装置的可循环性等性能，使得该亚硝酸盐检测器方法具备低成本、结构简单和高性能等优势。
[0010]本专利技术目的通过以下技术方案实现：
[0011]一种基于硫化镉纳米颗粒/二氧化钛纳米线阵列复合材料的光电化学传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0012](1)采用水热法制备TiO2纳米线阵列/FTO电极(TiO
2 NRAs电极)；
[0013](2)采用水热法制备CdS纳米颗粒与TiO2纳米线阵列复合材料(CdS/TiO
2 NCs)电极即为所述基于硫化镉纳米颗粒/二氧化钛纳米线阵列复合材料的光电化学传感器。
[0014]进一步的，步骤(1)具体操作为：将水和酸溶液混合，然后加入钛酸四异丙酯，制得水热反应液；将FTO导电玻璃放入水热反应釜，加入一定水热反应液使FTO导电玻璃有一部分浸入在水热反应液中，再进行水热反应；反应完成后取出FTO导电玻璃洗净干燥，获得仅在FTO导电玻璃片表面部分区域修饰上 TiO2纳米线阵列；之后将其进行热处理，完成后冷却到室温，保留部分FTO导电区作为电极接口，其他区域用绝缘硅橡胶封装，制得TiO2纳米线阵列/FTO电极。
[0015]更进一步的，步骤(1)的具体操作中：
[0016]所述水热反应是在150℃反应5小时；
[0017]所述热处理是以3℃/min升温至500℃保持2小时。
[0018]更进一步的，所述酸溶液为37％(质量分数)浓盐酸；所述水和酸溶液体积比为1：1。
[0019]进一步的，步骤(2)具体操作为：将TiO2纳米线阵列/FTO电极的导电面朝下放入水热反应釜，加入硫源和镉源的混合溶液，水热反应；反应完成后取出FTO玻璃片洗净，即制得CdS纳米颗粒与TiO2纳米线阵列复合材料(CdS/TiO
2 NCs)电极。
[0020]更进一步的，步骤(2)的具体操作中：
[0021]所述水热反应是在120℃水热反应2小时；
[0022]所述硫源为TAA(硫代乙酰胺)，所述镉源为硝酸镉；所述TAA和硝酸镉的混合溶液
中TAA与硝酸镉物质的量浓度比为1：1。
[0023]本专利技术所述方法制得的基于硫化镉纳米颗粒/二氧化钛纳米线阵列复合材料的光电化学传感器可用于亚硝酸盐的检测。
[0024]一种亚硝酸盐的检测方法，包括以下步骤：向待测样品溶液中加入酸溶液调节为酸性，然后将所述基于硫化镉纳米颗粒/二氧化钛纳米线阵列复合材料的光电化学传感器浸入溶液中，震荡反应后洗净吹干，检测传感器反应前后的光生电信号，如传感器的光生电流响应发生变化则表明待测样品溶液中含有亚硝酸盐。
[0025]进一步的，所述酸溶液为H2SO4溶液本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于硫化镉纳米颗粒/二氧化钛纳米线阵列复合材料的光电化学传感器的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)采用水热法制备TiO2纳米线阵列/FTO电极；(2)采用水热法制备CdS纳米颗粒与TiO2纳米线阵列复合材料电极。2.根据权利要求1所述的一种基于硫化镉纳米颗粒/二氧化钛纳米线阵列复合材料的光电化学传感器的制备方法，步骤(1)具体操作为：将水和酸溶液混合，然后加入钛酸四异丙酯，制得水热反应液；将FTO导电玻璃放入水热反应釜，加入一定水热反应液使FTO导电玻璃有一部分浸入在水热反应液中，再进行水热反应；反应完成后取出FTO导电玻璃洗净干燥，获得仅在FTO导电玻璃片表面部分区域修饰上TiO2纳米线阵列；之后将其进行热处理，完成后冷却到室温，保留部分FTO导电区作为电极接口，其他区域用绝缘硅橡胶封装，制得TiO2纳米线阵列/FTO电极。3.根据权利要求2所述的一种基于硫化镉纳米颗粒/二氧化钛纳米线阵列复合材料的光电化学传感器的制备方法，步骤(1)的具体操作中：所述水热反应是在150℃反应5小时；所述热处理是以3℃/min升温至500℃保持2小时。4.根据权利要求1所述的一种基于硫化镉纳米颗粒/二氧化钛纳米线阵列复合材料的光电化学传感器的制备方法，步骤(2)具体操作为：将TiO2纳米线阵列/FTO电极的导电面朝下放入水热反应釜，加入硫源和镉源的混合溶液，水热反应；反应完成后取出F...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛利，韩冬雪，高博文，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：