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C/CsPbBr_3/NiO/ITO光阴极的制备、光电化学性质及生物传感应用

周小红  
【摘要】:CsPbBr3钙钛矿是一种合成成本低和合成方法简便的p型半导体材料,带隙值约为2.5 eV。与传统半导体材料相比,具有优异的光学和电学性能的钙钛矿是最佳光活性材料,在光电化学生物传感和光电催化等研究领域具有巨大的应用潜力。CsPbBr3钙钛矿由于固有的离子晶体性质和较低的形成能,对水分、紫外线、热量和氧气具有极高的敏感性,在光电化学生物传感中的实际应用受到严重阻碍,稳定性问题亟待解决。NiO是一种p型大带隙(3.6-4.0 eV)半导体,资源丰富、环境友好且制作成本低,在光谱范围内主要吸收紫外光。因其与CsPb Br3的带隙匹配,能够提高电荷载流子的传输效率,成为钙钛矿太阳能电池中的热门研究对象。Ni O三维纳米多孔结构具有较大的比表面积,有利于光敏剂的负载以及在水溶液中光电化学稳定性的改善。首先,构建了基于表面配体碳化的CsPbBr3量子点(QDs)与Ni O复合的高效光电阴极,使用溶解氧作为电子受体,杂化光电阴极在模拟太阳光照下在0 V偏置电势下显示出灵敏的光电流响应。由于通过惰性气氛300℃下的热处理,CsPbBr3表面形成疏水碳膜,与100℃、200℃和400℃下热处理电极相比,CsPbBr_3/NiO/ITO-300光电阴极在水相电解质溶液中显示出7 min稳定的光电响应。通过XPS表征和碳化验证实验,可以确定300℃时CsPbBr3表面配体发生碳化,复合电极光电化学稳定性改善。其次,通过EDC和NHS的交联作用成功将葡萄糖氧化酶修饰在C/CsPbBr3/NiO/ITO电极上,并实现对葡萄糖的光电化学传感。这些发现有望对全无机钙钛矿在光电化学生物传感领域的研究提供一定的参考价值。最后,比较了不同碘掺杂浓度的C/CsPbBr_xI_(3-x)/NiO/ITO(x=2.5,2,1.5,0)电极在水溶液中的光电化学性质,随着碘掺杂浓度的增加,光电流强度增强。通过XRD、XPS和PEC表征对C/CsPbBr_(1.5)I_(1.5)/NiO/ITO电极的组成和光电化学稳定性进行了探究。


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