汞、铜等重金属离子的污染已日益成为严重威胁人类健康的重大环境问题。目前常用的检测重金属离子方法（主要是光谱法和电化学分析法）大都存在操作繁琐、仪器昂贵、样品处理过程多、难以实现实时在线监测等缺陷,因此亟待寻求一种灵敏、准确、快速、经济、简便且实时的检测技术来实现重金属离子的有效检测。光电化学（Photoelectrochemical,PEC）检测技术是近几年新出现且被迅速发展的一种分析检测方法。由于在这种方法中激发源（光）与检测信号（电流）被完全分离,因此降低了背景信号、提高了分析灵敏度,具有单独的光化学检测和电化学检测目前不具有的优势。此外,这种PEC方法因仪器设备简单、成本低廉、小型检测装置易构建等优点,得到了广大分析科研工作者的青睐。本论文通过设计新型的光电化学传感器和化学传感器,成功建立了具有高灵敏度、适用于不同重金属离子检测的新方法。本论文工作重点主要包括以下内容:（1）基于多功能光敏剂N3染料构建了一种新型的光电化学传感器用于灵敏检测Hg²⁺。首先,N3染料具有优异的光伏特性,所以基于N3组装的电极在可见光照射下会表现出灵敏的光电流响应,而且N3染料通过其固载基团被共价键合到电极上,大大提高了传感器的稳定性。其次,利用N3染料的SCN配体和Hg²⁺之间的配位,将目标检测离子Hg²⁺特异性结合到光电阳极上,从而形成N3-Hg²⁺复合物,使得N3染料的吸收特征和HOMO/LUMO能级发生显著变化,光电流信号明显降低,从而实现对Hg²⁺的灵敏检测。并且构建的PEC传感器表现出了好的特异性与稳定性。此外,由于N3和N3-Hg²⁺之间通过置换反应存在可逆相互转化,所以连接有N3的TiO₂ NWs光阳极可以被循环利用。论文提出的基于多功能分子光敏剂对目标物质直接响应的传感器的构建策略,为进一步开发高性能的PEC传感器以及Hg²⁺的检测提供了一种新的方法。（2）在抗坏血酸的化学还原作用基础上设计一个用于灵敏检测Cu²⁺的PEC方法。首先,通过水热法制备TiO₂纳米线;然后,通过化学水浴沉积法将CdS量子点成功修饰到TiO₂ NWs表面,从而得到TiO₂ NWs/CdS纳米复合物光阳极。由于CdS优良的光电转换性能,该光电阳极产生显著的光电流响应。当目标检测物Cu²⁺存在时,检测体系中的抗坏血酸（AA）能快速将其还原成Cu⁺,并以Cu₂S的形式沉积到CdS量子点的表面。生成的Cu₂S可以充当光电子与空穴的复合中心,以抑制从CdS量子点到TiO₂纳米电极的电子转移,从而使光电流显著下降,实现对目标离子Cu²⁺的灵敏检测。该方法还具有构造简单、反应快速、选择性好的优点。（3）合成一种具有水溶性和可恢复性的钌基探针用于比色识别Hg（Ⅱ）和Cys的研究。首先,在探针1的合成过程中通过在钌络合物的联吡啶配位体中引入亲水性的磷酸基团,解决了钌基探针水溶性差的缺陷。然后,在合成的探针1溶液中加入目标检测物Hg²⁺,通过Hg²⁺与探针SCN基团的硫原子之间的特异性配位作用,形成探针1-Hg²⁺络合物,这种络合物会使探针1的光谱发生显著变化,根据光谱变化从而实现对目标离子的检测。又由于硫氢基和Hg²⁺具有更强的亲和力,因此在溶液中一经加入Cys,Cys就会夺取1-Hg²⁺络合物中的Hg²⁺,使得探针1从1-Hg²⁺络合物中释放出来且同时恢复其原有的光谱性质,因此原位形成的1-Hg²⁺络合物又能实现Cys的比色检测。同时通过肉眼可以直接观察到检测过程的颜色变化。