HQ 基于TiO2/CoTCPP 納米材料的光電效應

張翠忠 慕光杉 彭金云 趙漢民 張貞發(fā)

（廣西民族師范學院化學與生物工程系，廣西崇左532200）

光電化學測量是一種檢測生物分子的新技術[1-2]。 光電化學傳感把光激發(fā)和電化學檢測結合在一起， 既有光學方法又有電化學傳感特點[3-4]。 近幾年來，一些金屬氧化物納米半導體如氧化鋅（ZnO），氧化鋯（ZrO2），二氧化鈦（TiO2）已被用于研究光化學。 其中，TiO2半導體納米材料因其無毒、無光腐蝕、能夠降解大多數(shù)有機物、穩(wěn)定性好、價廉等優(yōu)點被廣泛地應用于光電轉(zhuǎn)換以及光催化降解有機物的研究中[5-7]。卟啉分子在光合作用中作為一種典型的共軛有機獲光劑[8-10]已被廣泛用于太陽能電池， 分子電子器件及光電化學設備中可提高TiO2光電轉(zhuǎn)換效率[11-14]。 本文從實驗過程、結果和討論幾個方面進行了研究。

1 實驗過程

1.1 材料與試劑

Nafion（美國）、納米TiO2膠(日本)、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、乙醇、丙酮、對苯二酚、CoTCPP 實驗室自制，實驗所用的試劑均為分析純，實驗過程中使用的水均為二次蒸餾水。

1.2 儀器設備

石英管加熱式自動雙重純水蒸餾器（1810B，上海亞太技術玻璃公司）用于蒸二次蒸餾水，電子天平（北京賽多利斯儀器有限公司）用于稱量藥品，ML-902 磁力攪拌器（上海浦江分析儀器廠）攪拌合成納米半導體材料，F(xiàn)URWACE（天津市中環(huán)實驗電爐有限公司）用于煅燒納米TiO2膠。

1.3 TiO2/CoTCPP 的光電化學性質(zhì)測量

Ag/AgCl 參比電極（CHI111，美國CH 儀器公司），鉑對電極，ITO導電玻璃工作電極構建三電極體系，在可見光源LA-410UV-3（日本HAYASHI 儀器公司）和CHI900（美國CH 儀器公司）組建的光電設備中掃描I-t 等曲線。

2 實驗討論

在PBS 緩沖液中，+0.3V 偏壓下， 以4.5W 光功率的光強激發(fā)TiO2/ITO 電極， 產(chǎn)生的光電流是0.19μA，（圖1a） 然而相同條件下TiO2/CoTCPP/ITO 電極產(chǎn)生的光電流是0.97μA （圖1b）， 這可能是TiO2/CoTCPP 納米材料中激發(fā)態(tài)的CoTCPP 能順利地將電子傳遞到TiO2導帶，光電轉(zhuǎn)換效率明顯提高。 相同條件下，將PBS 緩沖溶液換成HQ 緩沖液，光電流轉(zhuǎn)化效率發(fā)生了巨大變化，實驗結果顯示：在1000μmol L-1HQ 的PBS 緩沖液中，+0.3V 偏壓下，以4.5W 光功率的光強激發(fā)TiO2/CoTCPP/ITO 電極時，光電流增加了6.9μA（圖1d），這可能是TiO2-CoTCPP 體系形成的電子-空穴對氧化所致；而TiO2/ITO電極的光電流增加了1.8μA（圖1c），這可能是TiO2空穴氧化所致。當有HQ 存在時，HQ 作為電子供體，將自身的電子轉(zhuǎn)移至激發(fā)態(tài)的CoTCPP 然后迅速注入TiO2導帶， 最終這種光激發(fā)的電子傳遞到ITO 電極，導致了光電流的迅速增加，產(chǎn)生的光電流相對穩(wěn)定，可以通過開-關按鈕控制電流的變化。

3 結論

應用卟啉功能化的TiO2納米材料在導電玻璃（ITO）上構筑了一種新型光電化學電極檢測生物分子HQ， 實驗結果表明： 在+0.3V 偏壓，4.5W 可見光激發(fā)下TiO2/CoTCPP 復合材料修飾的ITO 電極檢測出良好的光電流響應信號。 這種方法具有低的偏壓電勢、快速的光電響應特點，因此，在檢測化妝品、水質(zhì)環(huán)境中的HQ 等方面具有廣闊的應用前景。

圖1 所示光電流的響應（a）TiO2（b）CoTCPP-TiO2修飾的ITO 電極在PBS 緩沖液中；（c）TiO2（d）CoTCPP-TiO2修飾的ITO 電極在1000μmol/LHQ 中，偏壓為0.3V，光強4.5W。

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