HQ 基于TiO2/CoTCPP 纳米材料的光电效应

张翠忠 慕光杉 彭金云 赵汉民 张贞发

（广西民族师范学院化学与生物工程系，广西崇左532200）

光电化学测量是一种检测生物分子的新技术[1-2]。 光电化学传感把光激发和电化学检测结合在一起， 既有光学方法又有电化学传感特点[3-4]。 近几年来，一些金属氧化物纳米半导体如氧化锌（ZnO），氧化锆（ZrO2），二氧化钛（TiO2）已被用于研究光化学。 其中，TiO2半导体纳米材料因其无毒、无光腐蚀、能够降解大多数有机物、稳定性好、价廉等优点被广泛地应用于光电转换以及光催化降解有机物的研究中[5-7]。卟啉分子在光合作用中作为一种典型的共轭有机获光剂[8-10]已被广泛用于太阳能电池， 分子电子器件及光电化学设备中可提高TiO2光电转换效率[11-14]。 本文从实验过程、结果和讨论几个方面进行了研究。

1 实验过程

1.1 材料与试剂

Nafion（美国）、纳米TiO2胶(日本)、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、乙醇、丙酮、对苯二酚、CoTCPP 实验室自制，实验所用的试剂均为分析纯，实验过程中使用的水均为二次蒸馏水。

1.2 仪器设备

石英管加热式自动双重纯水蒸馏器（1810B，上海亚太技术玻璃公司）用于蒸二次蒸馏水，电子天平（北京赛多利斯仪器有限公司）用于称量药品，ML-902 磁力搅拌器（上海浦江分析仪器厂）搅拌合成纳米半导体材料，FURWACE（天津市中环实验电炉有限公司）用于煅烧纳米TiO2胶。

1.3 TiO2/CoTCPP 的光电化学性质测量

Ag/AgCl 参比电极（CHI111，美国CH 仪器公司），铂对电极，ITO导电玻璃工作电极构建三电极体系，在可见光源LA-410UV-3（日本HAYASHI 仪器公司）和CHI900（美国CH 仪器公司）组建的光电设备中扫描I-t 等曲线。

2 实验讨论

在PBS 缓冲液中，+0.3V 偏压下， 以4.5W 光功率的光强激发TiO2/ITO 电极， 产生的光电流是0.19μA，（图1a） 然而相同条件下TiO2/CoTCPP/ITO 电极产生的光电流是0.97μA （图1b）， 这可能是TiO2/CoTCPP 纳米材料中激发态的CoTCPP 能顺利地将电子传递到TiO2导带，光电转换效率明显提高。 相同条件下，将PBS 缓冲溶液换成HQ 缓冲液，光电流转化效率发生了巨大变化，实验结果显示：在1000μmol L-1HQ 的PBS 缓冲液中，+0.3V 偏压下，以4.5W 光功率的光强激发TiO2/CoTCPP/ITO 电极时，光电流增加了6.9μA（图1d），这可能是TiO2-CoTCPP 体系形成的电子-空穴对氧化所致；而TiO2/ITO电极的光电流增加了1.8μA（图1c），这可能是TiO2空穴氧化所致。当有HQ 存在时，HQ 作为电子供体，将自身的电子转移至激发态的CoTCPP 然后迅速注入TiO2导带， 最终这种光激发的电子传递到ITO 电极，导致了光电流的迅速增加，产生的光电流相对稳定，可以通过开-关按钮控制电流的变化。

3 结论

应用卟啉功能化的TiO2纳米材料在导电玻璃（ITO）上构筑了一种新型光电化学电极检测生物分子HQ， 实验结果表明： 在+0.3V 偏压，4.5W 可见光激发下TiO2/CoTCPP 复合材料修饰的ITO 电极检测出良好的光电流响应信号。 这种方法具有低的偏压电势、快速的光电响应特点，因此，在检测化妆品、水质环境中的HQ 等方面具有广阔的应用前景。

图1 所示光电流的响应（a）TiO2（b）CoTCPP-TiO2修饰的ITO 电极在PBS 缓冲液中；（c）TiO2（d）CoTCPP-TiO2修饰的ITO 电极在1000μmol/LHQ 中，偏压为0.3V，光强4.5W。

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