基于功能化高密度纳米孔阵列的电容式传感器在多氯联苯快速痕量检测中的应用

国内多氯联苯(PCBs)污染状况严峻，痕量PCBs即会带来巨大危害，然而常规的检测手段耗时且需依靠大型设备，因此大力发展痕量PCBs快速检测技术迫在眉睫。电容式传感器和纳米技术的发展为痕量PCBs的快速检测提供了可能。本项目利用电容式传感器信号响应不需要电子转移的敏感原理，基于PCBs惰性强但介电常数高的特点，将其应用于PCBs快速检测。为了使介质层和待测环境充分接触，构筑变间隙式电容传感器，使用高密度纳米孔阵列作为介质层，其大量的纳米孔道便于PCBs分子的快速富集，且众多的纳米孔可以等效为若干小平板电容器的并联，便于传感器灵敏度和检测限的提高。采用表面功能化，将与PCBs有特异性相互作用的杯状大环物修饰在纳米孔内壁，实现对痕量PCBs的选择性吸附，继而达到对痕量PCBs的快速选择性电容式检测。预期研究成果将为未来电容式传感器在实际环境中痕量PCBs的检测应用提供理论基础和实验依据。

我国早期粗放型的发展模式对环境造成了极大的损害，随着时间的流逝，国内环境问题日益凸显。因此，如何及时的发现环境中的污染物，并对其进行有效的治理成了目前亟需解决的重要问题。针对目前国内多氯联苯(PCBs)污染状况严峻，本项目利用PCBs本身的高介电常数和低饱和蒸汽压的特点，构筑了一种新颖的基于纳米孔阵列薄膜的电容式传感器并应用于痕量PCBs的检测。高密度平行排列的纳米孔阵列不仅有利于更多PCBs的吸附和负载，还有利于电容信号的放大和采集。这种电容式传感器在痕量PCBs的检测中显示出了良好的性能，检测限可以达到0.12ng。采用表面功能化，将与PCBs有特异性相互作用的β-环糊精修饰在纳米孔内壁，实现对痕量PCBs的选择性吸附，实现了对痕量PCBs的快速选择性电容式检测。该电容式传感器在干扰物苯存在的情况下依然能保持良好的PCBs敏感性能。相对于其他的常用的PCBs检测装置，电容式传感器有着易操作，检测时间短，灵敏度高的优点。该研究成果将为电容式传感器在实际环境中痕量PCBs的检测应用提供理论基础和实验依据。本项目还对电导式半导体传感器开展了一定研究，探索了多孔纳米材料在电导式气敏检测中的应用，并结合PCA算法，实现了对多种气体的特异性检测识别。此外，本项目还探索了金属氧化物多孔纳米材料(如TiO2、ZnO)在环境污染物治理中的应用，研究了多孔纳米材料对环境污染物的光催化性能及原理。本项目的开展为探索多孔纳米材料在环境检测与治理领域的应用奠定了理论和实验基础，对维护人体健康、保护生态环境，实现可持续发展也具有重要的现实意义。