MIL-68(In)衍生物基光电化学传感器构建及环境抗生素残留检测的应用

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光电化学(PEC)传感器是基于纳米功能材料的光电转换性能发展起来的一种分析检测方法。近年来,PEC适配体传感器因其装置简易、成本低、灵敏度高,而且巧妙结合适配体靶向识别特性,得到研究人员广泛关注和快速发展。其中,精心设计的光活性电极材料是决定PEC传感性能的关键因素之一。本论文采用MIL-68(In)作为模板,成功制备了形貌规则的In2O3纳米颗粒和In2O3中空管。然后,通过原位复合、半导体多级敏化及电子传输介质杂化等手段,制备了两种MIL-68(In)衍生In2O3基光活性材料用作光电转换单元,构建PEC适配体传感器,成功实现对环境介质中抗生素的灵敏检测。(1)采用高温煅烧法制备MIL-68(In)衍生In2O3纳米颗粒,通过后修饰法制备Au-(In2O3@g-C3N4)复合材料。基于所设计的光电功能材料,成功构建无标型PEC适配体传感平台,用于四环素(Tc)的检测。研究结果表明:g-C3N4纳米片为In2O3纳米颗粒的分布提供良好基底,且In2O3@g-C3N4紧密接触的异质结有效促进电子-空穴对的分离和转移;另外,Au纳米粒子表面等离子体共振(SPR)有效改善修饰电极的光吸收性能和光电子转移,同时作为生物识别单元固定巯基修饰的适配体。在优化条件下,该传感器检测Tc的线性范围为0.01 nM到500 nM,检测限低至3.3 pM。(2)通过煅烧MIL-68(In)获得In2O3中空管衍生产物,采用水热硫化法和浸渍法制备碳点(CDs)修饰的In2O3-In2S3空心管状异质结。在此基础上固定氨基修饰的适配体识别元件,成功构建自供能PEC适配体传感器用于氨苄青霉素(AMP)的检测。研究结果表明:在In2O3中空管表面原位生长的In2S3纳米片与In2O3形成紧密接触的异质结界面,极大促进光生载流子的分离和迁移,为PEC适配体传感平台提供了较大的比表面积和丰富的活性位点;此外,CDs的上转换发光性能和良好的导电性进一步提高可见光利用率,并促进光电极的电子转移,从而显着提高PEC传感性能。在0 V偏压下,该传感器对AMP的检测范围为0.001 ng·m L-1-300 ng·mL-1,检测限为0.6 pg·m L-1。综上,本研究基于MIL-68(In)衍生In2O3开发了两种光电功能材料,根据不同传感识别策略,构建PEC适配体传感器用于环境抗生素的灵敏检测。
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