高选择性光电分析新方法及其在脑化学活体分析中的应用研究

Photo-electrochemical analysis is a potential analytical method due to its remarkable sensitivity, inherent miniaturization, portability and easy intergration. However, this analytical method has been largely limited in practical applications,especially towards in-vivo analysis in brain chemistry. In this project, we are devote to improve the selectivity of photo-electrochemical analytic methode and explore its application in in-vivo analysis towards the brain-chemistry. Several new pricinples and novel methods are investigated according to their applications in in-vivo analysis in brain chemistry. The content of the project includes: 1)We design and synthesize functionalized photo-electrochemical composites and realize a selective photo-catalysis towards the substrates. 2)We introduce novel electrode structure and investigate the interfacial electron transfer mechanism. Based on the understanding of the sensing signal mechanism, we realized a photo-electrochemical analysis of the substrate. 3) We establish several photo-electrochemical sensing systems towards some important chemicals in brain-chemistry. It may provide useful techniques of detecting and analysing the bioactive substance in an effective, sensitive, and selective way. We anticipate that this project may contribute to devoloping novel photo-electrochemical analytica methods, as well as help to provide strong support for analytical chemistry and life science.

光电化学分析是近年来出现并迅速发展的一种分析方法，它具有灵敏度高、设备简单、易于微型化等优点。尽管光电化学分析方法吸引了越来越多的关注，但它的实际应用，尤其是在脑化学活体分析研究中，仍面临较多困难，有关的探索工作相对较少。本项目针对长期困扰光电化学分析方法发展的选择性问题，结合其在脑化学活体分析应用中面临的具体挑战，利用材料化学和光电化学的最新进展，提出和建立高选择性的光电化学分析新方法、新原理和新思路，探索其在脑化学活体分析中的应用。拟开展内容包括：设计新型光电化学系统，实现微观调控电极材料的光电催化活性；发展新型信号传导机理，理解光电催化界面电子转移机理，建立光电化学信号分析新方法；发展用于活体分析中的光电化学分析新方法，建立脑化学中几种重要化学物质灵敏、高效、有选择性的光电分析检测方法。我们预期，本项目的实施，可以促进光电化学分析领域的发展，同时也为分析化学和生命科学提供有力支持。

针对光电化学分析具有灵敏度高、设备简单、易于微型化等优点，开展了相关研究。尽管光电化学分析方法吸引了越来越多的关注，但它的实际应用，尤其是在脑化学活体分析研究中，仍存在较多困难，有关的探索工作相对较少。本项目针对长期困扰光电化学分析方法发展的选择性问题，结合其在脑化学活体分析应用中面临的具体挑战，利用材料化学和光电化学的最新进展，提出和建立高选择性的光电化学分析新方法、新原理和新思路，探索其在脑化学活体分析中的应用。.主要研究内容包括：设计新型光电化学系统，实现微观调控电极材料的光电催化活性；发展新型信号传导机理，理解光电催化界面电子转移机理，建立光电化学信号分析新方法；发展用于活体分析中的光电化学分析新方法，建立脑化学中几种重要化学物质灵敏、高效、有选择性的光电分析检测方法。 .在本项目的支持下，我们取得了以下结果：（1）调控了TiO2的形貌调控，并探究了负载聚苯胺对介孔二氧化钛纳米纤维光电化学化性能的影响。结果发现，适量聚苯胺的包覆可使光催化性能相较于单纯介孔二氧化钛纳米纤维提高2-3倍。50 mW自然光照下，在含0.3 M甲酸的0.5 M H2SO4中，光响应电流可达5 µA∙cm-2。这种材料被用于光电化学氧化甲酸小分子，当甲酸浓度由0.2 M增加到0.3 M时，光电流由2.5 µA∙cm-2增加到了5 µA∙cm-2。（2）制备了二氧化钛和石墨烯的复合材料并研究其光电化学性能。三维的石墨烯负载二氧化钛纳米棒阵列相较于单纯二氧化钛纳米棒，光催化性能提高了近7倍。具有对甲醇小分子的高效光电化学催化氧化性能。360 nm紫外光照下，在含有1.0 M 甲醇的0.5 M Na2SO4 溶液中，光催化电流可达2 µA∙cm-2。 （3）制备了TiSrO3/WO3/RGO的复合电极，研究了其光电化学性能的应用。.上述结果，对发展光电化学分析新方法提供了电极材料支撑，对部分小分子的光电催化性能的研究也为发展相关分析检测方法提供了依据，此外，基于这些电极材料构筑的光电化学燃料电催化有望为发展光电化学分析检测新原理提供新思路。