《基於光催化燃料電池的鹵代有機物自供能感測器研究》是依託華中科技大學，由張敬東擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於光催化燃料電池的鹵代有機物自供能感測器研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張敬東
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
自供能電化學感測器，是通過構建合適的電池系統，利用待測物直接或間接參與化學反應產生電能，為電化學感測提供能源的新型感測器。目前國內外有關自供能電化學感測器的研究大多基於酶生物燃料電池，檢測對象受酶催化劑種類局限。本申請項目擬利用光催化對有機污染物的高效催化降解作用，構建光催化燃料電池，綜合光催化、電池和電化學感測的協同優勢，用於發展新型自供能環境電化學感測器。項目擬選擇在環境中危害大、檢出率高的鹵代有機物作為目標檢測對象，在研製對可見光有高回響活性的碳量子點三維複合光催化電極的基礎上，構建鹵代物光催化燃料電池，並結合分子印跡技術研製對不同鹵代物具有特異識別性能的光陽極，用於發展基於可見光催化燃料電池的自供能感測器，並研製適合野外現場使用的攜帶型自供能感測器。通過本項目的研究，對發展新型高性能自供能電化學感測器，拓展該類感測器套用範圍至環境領域，具有重要的學術研究意義和實際套用價值。
結題摘要
傳統的電化學感測器通常利用外加電源產生電信號，而自供能電化學感測器利用燃料電池的電輸出提供檢測信號，無需外加電源，具有設備更簡單、易小型化等優勢，有良好的發展套用前景；其中基於催化效率高、套用範圍廣、成本低、穩定性好的光催化材料構建的燃料電池為發展光引發的自供能感測器提供了基礎。本項目按照預定研究計畫，圓滿地完成了全部研究任務，實現了預期研究目標，在研製了多種對可見光有高回響活性的複合光催化電極的基礎上，設計構建了不同結構的光催化燃料電池，並結合分子印跡膜、適配體、酶等特異性識別元件，發展了靈敏度高、選擇性好的自供能感測器，為3,3’,4,4’-四氯聯苯(PCB77)、2,3',5,5'-四氯聯苯(PCB72)、4-氯酚、2,4-二氯酚等鹵代有機物以及其它污染物提供新型有效的感測檢測方法，所取得的主要研究成果包括：設計了一種雙室結構、可見光碟機動的光催化燃料電池，成功地探討論證其電輸出作為檢測信號用於發展自供能感測器；在此基礎上又分別將分子印跡膜作為識別元件與p-型、n-型半導體光電極相結合，構建了基於光陽極型、光陰極型光催化燃料電池的自供能感測器；另外，將酶催化的氧化還原循環與光催化燃料電池相結合，分別利用酶催化的特異性和氧化還原循環來提高感測器的選擇性和靈敏度；為了避免雙室池不利於感測器微型化的缺點，又設計了一種無膜型單室光催化燃料電池，與適配體結合發展自供能感測器；為了避免檢測過程中對於額外試劑的需求，還設計了一種無媒介劑的光催化燃料電池，構建自供能適配體感測器；在以上研究基礎上，又進一步提出構建無媒介劑、無膜型的單室光催化燃料電池用於發展自供能感測器。另外，本項目還研製多種高性能可見光催化電極，用於污染物的光電化學檢測和降解，這些研究都為本項目構建高性能光催化燃料電池以及發展能高靈敏、高選擇性地檢測污染物的感測器奠定了良好的基礎。通過本項目研究構建高性能的光引發的自供能感測器，對於發展新型低成本的環境監測感測器有重要的學術意義和套用價值。
