發(fā)布時(shí)間：2021-08-14 13:21

　　電化學(xué)傳感器作為傳感器的一個(gè)分支,是一種可以對(duì)化學(xué)成分進(jìn)行分析并且產(chǎn)生與待測(cè)物質(zhì)濃度呈比例關(guān)系的電信號(hào)的電化學(xué)分析系統(tǒng),具有靈敏度高、檢測(cè)迅速、專一性強(qiáng)、穩(wěn)定性好和可微型化等優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程等領(lǐng)域。相對(duì)于離子液體,固體離子導(dǎo)體以其良好的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、寬的電化學(xué)窗口以及高的離子電導(dǎo)率等優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于電催化、電化學(xué)電容器和固體可充電電池等領(lǐng)域。然而有關(guān)應(yīng)用于電化學(xué)生物傳感器的報(bào)道卻非常少。對(duì)于電化學(xué)多巴胺傳感器,雖然基于電子導(dǎo)體的電極和離子液體復(fù)合材料的電極已經(jīng)被廣泛研究,但是基于固體離子導(dǎo)體的電極尚未被研發(fā)。然而原理上,多巴胺的電化學(xué)氧化還原反應(yīng)是伴隨著兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)電子轉(zhuǎn)移的反應(yīng),所以研發(fā)出基于固體離子導(dǎo)體的電極是目前乃至未來(lái)構(gòu)建多巴胺和其他生物電化學(xué)傳感器的新方向。另外,目前報(bào)道最多的電解質(zhì)基型氣體傳感器主要是基于YSZ、LSGM和NASICON電解質(zhì)材料,但這些傳感器無(wú)法在室溫條件下工作,并且性能也會(huì)隨著濕度的增加而減弱,無(wú)法對(duì)呼出氣體的濃度進(jìn)行及時(shí)檢測(cè),限制了其在醫(yī)療檢測(cè)上的應(yīng)用,所以研發(fā)出可以在室溫和高濕條件下具有高離... 

【文章來(lái)源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：125 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

電化學(xué)傳感器組成框圖。

圖4.4a為傳感器在室溫和97%RH條件下,對(duì)0.005-1 ppm H2S的響應(yīng)瞬態(tài)圖。為了保證響應(yīng)瞬態(tài)的一致性和均勻性,在不同濃度的H2S下采用相同的測(cè)量時(shí)間約為2分鐘,并且用在H2S氣體中最后一秒的響應(yīng)電位信號(hào)值作為回歸曲線的電位值。從圖中可以很明顯的發(fā)現(xiàn),當(dāng)器件置于0.005-1 ppm H2S氣體濃度范圍內(nèi)時(shí),響應(yīng)值隨濃度的增加而增大。值得注意的是,0.1 ppm和1 ppm的H2S的響應(yīng)值為23.81 mV和67 mV,最低檢測(cè)限為5 ppb,其響應(yīng)值為15 mV。圖4.4b展示的是響應(yīng)值和0.005-1 ppm H2S氣體濃度對(duì)數(shù)的線性關(guān)系圖,從圖中可以發(fā)現(xiàn)斜率分為兩段,意味著在室溫和97%RH條件下,0.005-0.05 ppm的靈敏度為3.4 mV/decade,0.1-1 ppm的靈敏度為40.97 mV/decade。對(duì)比之前報(bào)導(dǎo)的H2S傳感器(表4.2),該器件在此條件下具有令人滿意的傳感性能。4.3.2.3 傳感機(jī)制

混成電位型傳感裝置的傳感過(guò)程主要是敏感電極層的氣相多相催化反應(yīng)和氣體-敏感材料-電解質(zhì)三相邊界(TPB)的電化學(xué)催化反應(yīng)。當(dāng)傳感器暴露于被測(cè)氣體時(shí),H2S氣體通過(guò)La0.5Sm0.5FeO3敏感電極層到達(dá)TPB處,發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。非均相氣相催化反應(yīng)(2H2S+3O2→2SO2+2H2O)使部分H2S氣體在擴(kuò)散過(guò)程中丟失。敏感電極層疏松多孔的結(jié)構(gòu)將提高H2S的通過(guò)率,降低消耗,從而保證了更多的H2S氣體參與電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程,產(chǎn)生高響應(yīng)信號(hào)。不同濃度的H2S(空氣)在TPB處同時(shí)發(fā)生半反應(yīng)(1)和(2),在敏感電極處形成局部電池。當(dāng)上述化學(xué)反應(yīng)速率相等時(shí),它們達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡,將敏感電極處的電極電位視為混成電位。極化曲線可以研究傳感器的電化學(xué)陰極和陽(yáng)極的反應(yīng)程度,也可以驗(yàn)證傳感器的傳感機(jī)制是否遵循混成電位理論。圖4.5a為我們制作的傳感器分別在空氣中和97%RH的0.05 ppm和1 ppm H2S中修正的極化曲線。傳感器在陰極的反應(yīng)可以由空氣中測(cè)得的極化曲線獲得,陽(yáng)極的極化曲線是傳感器在待測(cè)氣體的極化曲線減去空氣中的極化曲線。根據(jù)測(cè)得的極化曲線的陰極和陽(yáng)極的交點(diǎn)來(lái)確定理論混成電勢(shì),通過(guò)對(duì)比理論估算的混成電勢(shì)值(21 mV,66 mV)和實(shí)際測(cè)得電勢(shì)響應(yīng)值(20.5 mV,67.5 mV)驗(yàn)證了此傳感器符合混成電位理論[29]。此外,該傳感器在室溫和97%RH條件下對(duì)H2S氣體具有良好的響應(yīng)和恢復(fù)特性。圖4.5b為1 ppm H2S的響應(yīng)恢復(fù)特性曲線,從圖中可以得出響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間(達(dá)到穩(wěn)定值的90%)分別為55 s和147 s。4.3.2.4 重復(fù)性和選擇性

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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