金属有机骨架（MOFs）材料的光电化学特性及其在生物传感中的应用研究

Photoelectrochemical (PEC) sensors have attracted much attention in food assay, environmental monitoring and medical diagnosis because of their high response and sensitivity. However, great issues existed for the most used semiconductors (nanostructured titanium dioxide and CdS quantum dots) such as high band gap, heavy metal toxicity, and photocorrosion. Therefore, the development of novel semiconductive materials could provide stable photoelectronic signal to improve the sensing performance. This project will focus on the fabrication of metal-organic frameworks (MOFs) based PEC sensors. Nanoscale semiconductive MOFs or their composites with high PEC performance will be synthesized. And then reasonable PEC system will be established. Further, the mechanism of photocurrent generation will be discussed, and the influence of the unique porous structure of MOFs on the sensing performance will also be investigated. Finally, taking cysteine and glutathione as models, PEC sensors with high performance will be fabricated by establishing the correlation between the photocurrent intensity and the analyte concentration. This study will provide new concept for conduction of novel PEC sensors. Meanwhile, the application areas of MOFs will be expanded.

光电化学传感器具有快速、灵敏的优点，在食品检测、环境监测、生物医学等领域具有广阔的应用前景。传统的半导体材料如纳米结构二氧化钛和CdS量子点存在带宽较大、重金属毒性或者容易被光腐蚀等固有缺点，新型半导体材料有望显著提供稳定的光电信号而改善光电化学传感器的性能。本项目拟以金属有机骨架（MOFs）材料为研究对象，通过筛选并合成纳米级半导体MOFs材料或者复合材料，构建合理的基于MOFs材料的光电化学体系，探讨其光电特性和光电流产生的机理；通过构筑光电传感体系，考察MOFs特有的多孔结构对传感性能的影响，并以半胱氨酸、谷胱甘肽为模型，建立光电流信号与被测物含量的线性关系，制备出性能优良的光电化学传感器。本项目的成功实施将为新型光电化学传感器的构建提供新思路，并拓展MOFs材料的应用范围。

光电化学传感技术是最近发展起来的一种新颖分析技术，具有快速、灵敏的优点，因此在食品检测、环境监测、生物医学等领域具有广阔的应用前景。作为光电传感的核心元件，传统半导体材料如纳米结构二氧化钛和CdS量子点存在带宽较大、重金属毒性或者容易被光腐蚀等固有缺点，新兴的金属有机骨架（MOFs）材料可以提供稳定的光电信号而改善光电化学传感器的性能。本项目合成表征了几种不同的MOFs材料以及复合材料，几种材料均可在可见光范围具有较好的光电效率。通过构建合理的基于MOFs材料的光电化学体系，探讨了其光电特性和光电流产生的机理，其中CdS/MIL-101中CdS可有效地抑制MIL-101光生电子-空穴的复合，进而提高光电效率；研究了PCN-222在不同电位下的阳极光电流和阴极光电流产生情况；以MOFs为前驱体合成空心球N-ZnO/C材料，并研究了他们对谷胱甘肽GSH的光电流响应。进一步优化条件，通过建立光电流信号随被测物浓度的线性关系，制备了基于上述MOFs材料的光电化学传感器，实现了GSH的高灵敏检测。本研究为新型光电化学传感器的构建提供了新思路，并拓展MOFs材料的应用范围。