一种自供能式光电化学传感器及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种自供能式光电化学传感器及其制备方法与应用。以FTO导电玻璃为基体，制备了WO3与TiO2异质结作光电阳极，电沉积金纳米粒子修饰的层状碳插层超薄二硫化钼微球作光电阴极，并构建了基于水/氧自循环的自供能式光电化学传感体系。该体系无需外加推动力及电子供受体，基于水/氧循环既实现了自供能又降低了体系背景干扰。通过电化学技术引发邻苯二胺的聚合反应在光电阴极合成了特异性识别磷酸氯喹的分子印迹膜。以模拟太阳光作为激发光源，在CHI

【技术实现步骤摘要】
一种自供能式光电化学传感器及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于光电化学传感器
，尤其是涉及一种自供能式光电化学传感器及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]新冠肺炎主要以发热、干咳、乏力等为主要病症，重症患者出现呼吸困难，甚至多器官功能衰竭等症状。通过一系列体外及临床实验，证明抗疟药物磷酸氯喹对新冠肺炎有一定的诊疗效果。它能有效地改善患者的肺部影像、减缓患者的发热症状并降低重症率。但是，磷酸氯喹在体内必须维持在0.02
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0.5mg/L的有效浓度内，低于该浓度范围无明显治疗效果，高于该浓度范围会对人体造成损害，高于5mg/L时甚至会造成死亡。另外，磷酸氯喹很难在短期内完全的从环境中去除。因此，不论是在治疗过程中控制用药量，还是控制医疗污水中的药物污染，针对磷酸氯喹的灵敏检测都具有重大的现实意义。
[0003]现阶段检测磷酸氯喹的主要方法有：酶联免疫吸附法、气
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液相色谱分析法、荧光分析法和电化学分析法等等。这些传统方法虽然灵敏度高、特异性强，但都存在一些明显的缺点，如：需要培训专业技术人员，操作流程复杂、耗时较长和仪器设备大型昂贵等等。

技术实现思路

[0004]基于现有技术中缺少简单快速并高效检测磷酸氯喹的方法，本专利技术提供一种自供能式光电化学传感器及其制备方法与应用。
[0005]本专利技术提供的自供能式光电化学传感器具有小型化、简单化、特异性强和灵敏度高的特点。同时，本专利技术提出的自供能式光电化学传感器制备方法简单便捷，所用原料易得、价格低廉。所得传感器无需外加其他能源，绿色环保，并可循环使用和批量生产，具有良好的实际应用前景。本专利技术提出的传感器可用于磷酸氯喹检测的用途，与传统检测方法相比，具有较宽的检测范围和较低的检测限。
[0006]为实现前述专利技术目的，本专利技术可以通过以下技术方案来实现：
[0007]本专利技术首先提供一种自供能式光电化学传感器，包括光电阳极、光电阴极和电解质，
[0008]其中，光电阳极包括基底，在基底上涂覆有WO3与TiO2的混合物；
[0009]光电阴极包括基底，在基底上涂覆有C/MoS2，在C/MoS2表面沉积有Au纳米粒子，且在光电阴极表面形成有特异性识别磷酸氯喹的分子印迹膜。
[0010]在本专利技术的一个实施方式中，电解质为0.1M磷酸盐缓冲液，pH 7.4。
[0011]在本专利技术的一个实施方式中，WO3和TiO2的物质的量之比为1:19。
[0012]在本专利技术的一个实施方式中，所述WO3为中空球形结构。
[0013]在本专利技术的一个实施方式中，所述特异性识别磷酸氯喹的分子印迹膜采用以下方法制备得到：以磷酸氯喹作为模板分子在光电阴极的表面引发邻苯二胺的自聚合反应合成得到特异性识别磷酸氯喹的分子印迹膜。
[0014]在本专利技术的一个实施方式中，所述基底为FTO基底。
[0015]本专利技术进一步提供自供能式光电化学传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0016](1)将WO3和TiO2混合后旋涂在FTO基底上得到光电阳极WO3/TiO2/FTO；
[0017](2)将C/MoS2滴涂在FTO上，利用电沉积技术，在C/MoS2表面沉积Au纳米粒子(Au NPs)，得到光电阴极Au NPs/C/MoS2/FTO；
[0018](3)利用电化学方法，以磷酸氯喹作为模板分子在光电阴极的表面引发邻苯二胺的自聚合反应合成得到分子印迹膜修饰的电极；
[0019]光电阳极、光电阴极和电解质构成自供能式光电化学传感器。
[0020]在本专利技术的一个实施方式中，利用奥斯瓦尔德熟化反应原理，将WCl6溶解在醋酸中进行水热反应制备中空球形WO3。
[0021]在本专利技术的一个实施方式中，在室温下剧烈搅拌WCl6的醋酸溶液1h，之后将溶液保持在180℃下进行12h的水热反应，然后将产物在马弗炉中进行退火得到中空球形WO3纳米材料。
[0022]在本专利技术的一个实施方式中，使用钛酸四丁酯和氟化钠的水热反应制备了TiO2。
[0023]在本专利技术的一个实施方式中，将氟化钠加入钛酸四丁酯的硫酸溶液中，室温下搅拌1h后，将混合溶液保持在180℃下进行24h的水热反应，待冷却至室温后，离心，用乙醇、去离子水交替洗涤三次后真空干燥得到TiO2。
[0024]在本专利技术的一个实施方式中，步骤(1)中，WO3和TiO2的物质的量之比为1:19。
[0025]在本专利技术的一个实施方式中，步骤(2)中，C/MoS2是CTAB/MoS2经过煅烧处理制备得到的。煅烧使CTAB原位生成碳嵌入MoS2中形成C/MoS2。
[0026]在本专利技术的一个实施方式中，步骤(2)中，利用四水合钼酸铵，硫脲和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)水热制备CTAB/MoS2，之后利用氮气煅烧使CTAB原位生成碳嵌入MoS2中形成C/MoS2。
[0027]在本专利技术的一个实施方式中，先将十六烷基三甲基溴化铵溶液缓慢加入四水合钼酸铵溶液中，再将混合液加入硫脲溶液中，进行水热反应，制备CTAB/MoS2。
[0028]在本专利技术的一个实施方式中，步骤(2)中，进行水热反应的条件为250℃下水热反应反应12h。
[0029]在本专利技术的一个实施方式中，步骤(2)中，CTAB/MoS2煅烧的条件是：氮气气氛中，550℃下煅烧2h，制备得到C/MoS2。
[0030]在本专利技术的一个实施方式中，步骤(2)中，CTAB/MoS2煅烧前先经过乙醇和去离子水的交替洗涤。
[0031]在本专利技术的一个实施方式中，步骤(2)中，将C/MoS2滴涂在FTO上的方法为：将C/MoS2分散在异丙醇溶液中，然后滴入117溶液进行超声处理10min，将混合溶液均匀滴涂在FTO上。
[0032]在本专利技术的一个实施方式中，步骤(2)中，利用电沉积技术，在C/MoS2表面沉积Au纳米粒子(Au NPs)时，电位选择范围为0
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1V，扫描速率为50mV s
‑1。
[0033]在本专利技术的一个实施方式中，步骤(2)中，利用电沉积技术，在C/MoS2表面沉积Au纳米粒子(Au NPs)时，使用的电解质溶液为HAuCl4的脱氧溶液。
[0034]在本专利技术的一个实施方式中，步骤(3)中，利用电化学方法，以磷酸氯喹作为模板
分子在光电阴极的表面引发邻苯二胺的自聚合反应合成得到分子印迹膜修饰的电极的具体方法为：三电极体系内实施循环伏安法，选择电位范围为0～0.8V，Ag/AgCl电极作为参比电极。
[0035]在本专利技术的一个实施方式中，步骤(3)中，利用电化学循环伏安方法，以磷酸氯喹作为模板分子在光电阴极的表面引发邻苯二胺(聚合物单体)的自聚合反应合成得到分子印迹膜修饰的电极。当模板分子与聚合物单体接触时会形成多重作用点，通过聚合过程这种作用就会被记忆下俩，当模板分子去除后，聚合物中就形成了与模板分子空间构型相匹配的、具有多重作本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自供能式光电化学传感器，其特征在于，包括光电阳极、光电阴极及电解质，其中，光电阳极包括基底，在基底上涂覆有WO3与TiO2的混合物；光电阴极包括基底，在基底上涂覆有C/MoS2，在C/MoS2表面沉积有Au纳米粒子，且在光电阴极表面形成有特异性识别磷酸氯喹的分子印迹膜。2.根据权利要求1所述的一种自供能式光电化学传感器，其特征在于，WO3和TiO2的物质的量之比为1:19。3.根据权利要求1所述的一种自供能式光电化学传感器，其特征在于，所述特异性识别磷酸氯喹的分子印迹膜采用以下方法制备得到：以磷酸氯喹作为模板分子在光电阴极的表面引发邻苯二胺的自聚合反应合成得到特异性识别磷酸氯喹的分子印迹膜。4.权利要求1
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3中任一项所述自供能式光电化学传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将WO3和TiO2混合后旋涂在FTO基底上得到光电阳极WO3/TiO2/FTO；(2)将C/MoS2滴涂在FTO上，利用电沉积技术，在C/MoS2表面沉积Au纳米粒子，得到光电阴极Au NPs/C/MoS2/FTO；(3)利用电化学方法，以磷酸氯喹作为模板分子在光电阴极的表面引发邻苯二胺的自聚合反应合成得到分子印迹膜修饰的电极；光电阳极、光电阴极和电解质构成自供能式光电化学传感器。5.根据权利要求4所述自供能式光电化学传感器的制备方法，其特征在于，在室温下剧烈搅拌WCl6的醋酸溶液1h，之后将溶液保持在180℃下进行12h的水热反应，然后将产物在马弗炉中...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾能勤，何玉辉，姚伟奇，孙璟，卢可宁，曹玉言，
申请(专利权)人：上海师范大学，
类型：发明
国别省市：