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基于钒酸铋光电极构建的传感器及其光电检测性能研究

摘要

光电化学（photoelectrochemical，PEC）传感器是继电化学和光化学之后推出

的一种新兴的检测技术，其基本原理结合了光学和电化学分析的原理。其检测原理

是在光照条件下，检测物质与光电材料之间发生化学或物理相互反应而使光电流

或光电压发生变化；将检测物质的浓度信号转换为电信号以实现对检测物质的定

量分析。由于BiVO4光电传感器材料无毒、低成本、良好的化学稳定性和可见光

吸收等优点，已用于PEC传感器检测领域。然而，由于其电子-空穴复合严重，光

生载流子迁移率低等缺点，采取一定的措施来解决这些问题势在必为。基于以上分

析，本论文以BiVO4光阳极材料为基底分别采用缺陷工程和负载助催化剂的改性

策略，构建了检测灵敏度高、选择性好、稳定性好的PEC传感器。将所制备得PEC

传感器分别应用于检测盐酸四环素抗生素和多巴胺生物小分子。主要的研究内容

与结果如下：

（1）在室温下，使用NaBH还原法制备含有氧空位的BiVO，所得到Ov-

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BiVO4电极材料并应用于检测盐酸四环素（tetracyclinehydrochloride，TC），构建

了一种新型的PEC传感器。Ov-BiVO4电极的光电流密度为1.053mAcm-2（1.23V

vs.Ag/AgCl），相较于原始BiVO4是其2倍。基于Ov-BiVO4电极具有良好的PEC

活性，进行一系列的实验证明氧空位的存在是有利于TC的吸附。Ov-BiVO4光电

极检测TC的浓度在0.1~800nM之间表现出较宽的线性范围，检出限为0.17nM。

同时，Ov-BiVO4应用于检测牛奶样品中的TC时，加标回收率在100.57~106.11%

之间，具有良好的实际应用价值。此外，通过密度泛函理论计算，证实了氧空位的

引入加大了BiVO4的耗尽层，使电荷复合减少了，提高了电子-空穴对的分离使其

成功应用于TC的检测。

（2）利用简单的常温浸渍法将FeOOH负载在BiVO4电极的表面，再在马弗

炉中进行煅烧处理得到FeO，成功构建了FeO/BiVOPEC传感器。FeO/BiVO

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的光电流密度提升至4.28mAcm-2，明显优于原始BiVO4的PEC性能，并对其进

行多巴胺（dopamine，DA）检测，由于DA被氧化成聚多巴胺能起到电子给体的

作用，聚多巴胺可以消耗传感器中的光生空穴，从而使光电流密度降低提高灵敏度。

结果表明，FeO/BiVO构建的PEC传感器对DA的检测具有高灵敏度、稳定性好、

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选择性好的优点，在0.2~4μM和10~1300μM浓度范围内具有两段良好的线性

响应，检出限为0.065μM。将其应用于检测人类血清中DA的含量，加标回收率

在100.76~116.00%之间，在实际样品的检测中有良好的应用前景。本工作通过沉

淀-热处理的方式获得负载FeOx助催化剂的BiVO4光电极材料，制备了一种用于

检测DA的新型FeO/BiVOPEC传感器。

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关键词：光电化学传感器，BiVO，盐酸四环素，多巴胺

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ConstructionandPhotoelectricDetectionPerformanceof

SensorBasedonBismuthVanadatePhotoelectrode

ABSTRACT

Photoelectrochemical(PEC)sen