一种原位分子印迹功能化CdS/3DOM TiO₂/BDD电极对苯并芘的光电分析方法

摘要

本发明涉及一种原位分子印迹功能化CdS/3DOM TiO₂/BDD电极对苯并芘的光电分析方法。首先采用硬模板法结合溶胶-凝胶法在BDD表面构筑3DOM TiO₂，然后通过连续离子层吸附反应法组装BaP原位分子印迹功能化的CdS纳米粒子，构筑出CdS/3DOM TiO₂/BDD光电化学传感器。本发明借助光电传感器的催化物种选择和微观结构控制，可实现对BaP的高灵敏、高选择性检测。本发明采用原位分子印迹功能化CdS纳米粒子作为选择性识别元素，具有更稳定的印迹位点和选择能力；TiO₂的三维大孔结构具有较高的空间比表面积，不仅有利于识别元素CdS的均匀负载，而且可与CdS形成异质结，使电极获得可见光电响应能力的同时，提高光生电子-空穴的分离效率，使电极具有稳定高效的可见光响应。在可见光照射下，采用该传感电极对水样中的BaP进行光电分析检测，检测限达到10^-14mol·L^-1数量级。

主权项

一种原位分子印迹功能化CdS/3DOM TiO₂/BDD电极对苯并芘的光电分析方法，其特征在于具体步骤如下：（1）BDD电极的预处理：以待处理的BDD电极为工作电极，铂丝电极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，置于1~2mol·L^‑1 H₂SO₄溶液中，采用‑3~3V多步电位法清洗20~30min，然后取出BDD电极，并用去离子水清洗，随后置于王水中水浴煮沸10~20min，最后将电极依次在去离子水、丙酮、去离子水中超声清洗，自然晾干后，得到洁净的BDD电极；（2）BDD电极上3DOM TiO₂的制备：(2.1)采用硬模板法结合溶胶‑凝胶法将预处理过的BDD电极竖直放在0.1~0.5%wt的聚苯乙烯（PS）微球悬浮液中，置于烘箱中40~60℃烘干，使PS微球均匀组装在BDD电极表面；(2.2)配制TiO₂前驱体溶液，即将浓HCl加入到钛酸丁酯中，搅拌，同时加入乙醇可得TiO₂前驱体溶液，其中：浓HCl、钛酸丁酯和乙醇的体积比为1:2.5:6；(2.3)将上述组装有PS微球的BDD电极缓慢浸入TiO₂前驱体溶液中，静置20~50s后，以1~3mm/s的速度缓慢取出BDD电极，然后放置在烘箱中，50~80℃条件下干燥1~2小时；(2.4)将步骤(2.3)得到的电极放于管式炉中进行两步煅烧处理，煅烧温度分别为300℃和400℃，每步恒温煅烧时间为1~3h，升温速率为2~5℃/min，得到3DOM TiO₂/BDD电极； （3）BaP原位分子印迹功能化CdS纳米粒子的组装：采用连续离子层吸附反应法将步骤（2）中制备的3DOM TiO₂/BDD电极依次浸入0.02~0.06 mol·L^‑1 Cd(NO₃)₂溶液（含0.1~0.5mmol·L^‑1BaP）、0.02~0.06 mol·L^‑1 Na₂S溶液（含0.1~0.5mmol·L^‑1BaP）、去离子水1、去离子水2中，记为一个循环周期，3DOM TiO₂/BDD电极在每个溶液中的浸渍时间为10~30s；循环浸渍10~20个周期后，将电极取出，置于管式炉中，在N₂气氛下进行400~500℃煅烧2~3h，升温速率为2~5℃/min，自然降温后得到CdS/3DOM TiO₂/BDD电极；（4）BaP的光电分析：配制一系列含不同浓度BaP的0.1~0.2 mol·L^‑1 PBS（含0.1~0.2 mol·L^‑1 AA，pH=7.0~8.0）标准溶液分别作为电解液，以所制备的CdS/3DOM TiO₂/BDD电极作为工作电极，建立三电极体系，将电极放入电解液中，搅拌5~10 min后静置；采用计时电流法，在可见光照射下，施加0~0.3V偏压，测定光电流；通过工作电极的工作面积计算出光电流密度，并根据光电流密度与标准溶液浓度的线性关系绘制工作曲线；每次测定完成后将工作电极取出，在乙醇和丙酮中交替搅拌清洗2~5次，去除吸附的印迹分子，使电极表面得到再生和更新；(5) CdS/3DOM TiO₂/BDD电极的选择性光电分析：分别配制含有不同干扰物质的0.1~0.2 mol·L^‑1 PBS（含0.1~0.2 mol·L^‑1 AA，pH=7.0~8.0）溶液，并各自作为电解液，以所制备的CdS/3DOM TiO₂/BDD电极作为工作电极，采用步骤（4）所述方法，分别测定电极在不同干扰物溶液中的光电流，计算光电流密度，对比电极在相同浓度的BaP标准溶液中的光电流密度，计算每个干扰物质对于BaP的干扰率，每次测定完成后将工作电极取出，在乙醇和丙酮中交替搅拌清洗2~5次，去除吸附的干扰物质，使电极表面得到再生和更新。