便携式光电化学传感器在过氧化物爆炸物检测中的应用研究

In recent years, under the guidance of the general goal “ social stability and lasting political stability” for xinjiang, the methods and techniques needed for combat terrorism and safeguard stability have aroused great concern. The peroxide explosives have been widely used by terrorists in terrorist bombings because of its easy access, simple synthesis and high explosive power. This research combines the regulable band gap and high electron mobility of black phosphorus with the small size and low cost of photoelectrochemical equipment, and builds a photoelectrochemical sensor which with high sensitivity, good selectivity, small size and low cost. This photoelectrochemical sensor would be used for the tracking and detection of peroxide explosives in the combat terrorism and safeguard stability. First, The nanostructure of black phosphate obtained under the optimal stripping condition is compounded with carbon , metal and semiconductor materials through the stack, van der Waals effects, electrostatic interactions and doping. Based on above procedure, the electronic structure of above composites is changed, the photoelectric property and stability is improved, and the application range is expanded. Then, the photoelectrochemical sensor committed to detect the hydrogen peroxide generated from the photochemical reaction of peroxide explosives is constructed based on above composites. This sensor can track and detect peroxide explosives, its precursor and degradation with high sensitivity and selectivity.

近年来，在社会稳定、长治久安这一新疆工作总目标的指引下，反恐维稳所急需的方法和技术已引起了高度关注。过氧化爆炸物因原料易得、合成简单、爆炸威力大等已被恐怖分子广泛用于恐怖袭击活动。本课题利用黑磷纳米结构的可调控直接带隙、高电子迁移率等优势，结合光电化学传感器检测设备尺寸小、成本能耗低的优势，构建一类灵敏度高、选择性好、设备尺寸小、成本低且易于操作的光电化学传感器，实现反恐维稳过程中过氧化物类爆炸物的现场追踪检测。首先，将最佳液相剥离条件下制备所得黑磷纳米结构与碳材料、金属以及半导体材料通过堆叠混合、范德华作用、静电作用、掺杂等方式结合，改变材料电子结构，提升其光电性及稳定性，进一步扩展其应用范围。然后，在制备所得黑磷基纳米复合材料的基础上，构建以过氧化物类爆炸物的光化学反应产生过氧化氢的光电检测为基础的新型光电化学传感器，实现过氧化物爆炸物及其前驱体、降解产物高灵敏、高选则的检测。

本课题利用黑磷纳米结构的光吸收窗口宽、光电转化效率高，载流子迁移速率快且具有孤电子对的特性，使其与富空轨道的过渡金属及贵金属结合制备了黑磷基纳米复合材料。通过电化学及光电化学测试对材料作为光电敏感材料的应用进行了初步研究，并探讨了黑磷基复合材料作为过氧化物类爆炸物降解产物过氧化氢光电响应敏感材料的潜在应用价值。首先通过液相剥离以及阴极电化学剥离法制备出黑磷纳米结构，以此为基础构建光电性能优良的黑磷基复合材料，利用材料表征技术对制备所得材料的组织形貌及物相结构进行分析，通过不同体系下黑磷基复合材料的稳定性及光电性能的测试，分析复合材料中各相间的作用机制及其与材料光电性能之间的关系。结果显示黑磷纳米结构与金属化合物作用后形成的复合材料稳定性及光电性能均明显提升，以此作为敏感材料制备过过氧化氢光电传感具有较高的灵敏度。综合上述结果，本研究为为黑磷纳米结构及其复合材料的制备以及黑磷基复合材料结构与其光电性能之间的关系研究提供了理论依据及技术支持，为过氧化物类爆炸物光化学反应产生过氧化氢的光电检测奠定了坚实的工作基础。