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光电化学（PEC）传感器是近年来继电化学、光化学和光学分析法之后新出现并迅速兴起的一种检测方法,其基本原理是待测物质与光电化学活性物质之间发生化学或物理相互作用导致光电流或光电压发生变化,以实现对待测物的定量测定。在检测过程中,由于该方法是以光作为激发光源、电作为检测信号,光和电两种不同形式可以有效被分离,使光电化学检测法具有背景干扰小、灵敏度高、响应快等特点。其中,基于纳米半导体材料发展起来的PEC传感器备受关注,这主要是由于纳米材料的独特光电化学性质在构建传感器方面表现出优越的生物相容性能和检测灵敏度。然而,纳米半导体PEC传感器的构建仍存在不小的困难和挑战,如制备廉价高效的光电化学活性材料、提高材料的光电转换效率、提高传感器的选择性、降低传感器的成本、改进PEC传感器的检测方法和开发新检测方法等。针对这些问题,本论文基于稳定性好和无毒的n-型半导体二氧化钛（TiO2）和钒酸铋（BiVO4）材料,首先通过改进合成条件来改善材料在可见光区的光电转化效率,并通过Au-S键的形成提出了一种新型的PEC适配体传感器,能够实现对非电活性生物分子的高灵敏度和高选择性的检测。其次,为了降低传感器的成本和提高传感器的简单普适性,基于单纯的TiO2纳米管光子晶体材料和BiVO4纳米材料,通过待测物与电极表面直接的化学成键或电化学富集手段也同样实现了对生物分子及金属离子的高灵敏度和选择性检测,从而提出了一种新型的无识别单元辅助的PEC传感器。该论文为开发多种高效PEC传感提供了新思路。本文的内容主要包括以下几个部分:第一章绪论本章系统的介绍了光电化学传感器的研究背景、工作原理和研究进展。全面介绍了纳米半导体光电材料的特性和改进情况。着重介绍了基于n-型纳米半导体材料TiO2和BiVO4光电化学传感器的研究进展及现存问题。最后阐述了本论文的研究内容及意义。第二章基于金修饰的自掺杂TiO2纳米管的光电化学适配体传感器的构建及卡那霉素检测本工作,以金修饰的自掺杂TiO2纳米管阵列（Au/SD-TiO2 NTs）为传感核心单元,以适配体为识别单元,建立了一种新型的光电化学适配体,实现了对卡那霉素的高选择性和高灵敏度检测,其检出限为0.1 nM。Au/SD-TiO2 NTs电极优越的光电性能主要是由于Au的表面等离子共振效应和Ti3+中间态的协同效应提高了TiO2在可见光区的光电转化效率。该工作不仅证实了基于TiO2 NTs构建的PEC适配体生物传感器的可行性,也为PEC传感器的设计开辟了新的方法。第三章基于等离子溅射法构建的金修饰的BiVO4光电化学适配体传感器用于凝血酶检测本工作采用等离子溅射的方法将Au NPs修饰在纳米多孔的BiVO4材料表面,构建了一种高效灵敏的PEC适配体凝血酶传感器。通过实验证实了这种高能轰击作用修饰的Au NPs不仅能提高Au与BiVO4的结合力,而且能使BiVO4表面产生缺陷,形成优越的电子结构,进一步提高BiVO4在可见光下的光吸收和光电转化效率。另外,通过Au-S键将凝血酶的适配体修饰到电极的表面,实现了对凝血酶高灵敏度和选择性检测,其检出限可以达到0.5 pM。此外,由于Au/BiVO4材料无毒和生物相容性好,成功用于了实际样品人体血清的检测。这说明该方法在生物传感器构建方面有很好的发展前景,也为太阳能利用方面提供了更多的可能。第四章非识别单元辅助型TiO2纳米管光子晶体传感器的构建及其对多巴胺的高灵敏度高选择性检测为了构建简单同时又具有高灵敏度和高选择性的生物分子检测方法,本文提出了一种非识别单元辅助和自清洁性能的光电化学传感器,其中以多步阳极氧化法制备的分层TiO2纳米管光子晶体（TiO2 NTPCs）材料作为光电极,多巴胺（DA）分子作为敏化剂和靶分析物。由于DA和TiO2 NTPCs能够以二齿螯合键结合,诱导了电荷转移络合物的形成。这不仅扩展了TiO2的光学吸收至可见光区域,而且还实现了TiO2光电极对DA的选择性检测。这种简单有效地PEC检测方法对DA的检出限可以达到0.15 nM,在与微透析探针的结合下能实现小鼠脑液中DA的测定。这种不需要额外生物分子辅助,只是目标分子天然吸附在DA功能化的TiO2 NTPCs上的光电化学传感器是一种新型的检测模型,为极简主义理念的生物传感器设计开拓了新的道路。第五章基于BiVO4材料的光电化学阳极溶出法实现对银离子的高灵敏度高选择性检测本工作结合BiVO4的优异光电性能及铋元素对金属离子的高效富集性能,首次以BiVO4作为光电材料和电化学富集的候选体,将电化学阳极溶出法和光电化学技术结合,提出了一种新型的无识别单元修饰的光电化学阳极溶出法,并成功实现了对金属银离子的高灵敏度和高选择性检测。与传统的电化学阳极溶出法相比,这种新型的方法在重金属离子检测方面更加灵敏,这主要是由于该方法即具有阳极溶出法的富集作用又具有光电化学的高灵敏度性能。在实际样品Ag+的检测中也表现出很高的灵敏度和重复性,表明该方法在实际样品的半定量分析中具有很大的应用潜力。这种将不同分析技术结合的实验思路为多种检测方法的联用提供了可行性。