中國海洋大學陳守剛課題組：電化學檢測中的界面勢壘調控機制

【引言】

電化學檢測是一種常見的醫療、環境檢測手段，因具有快速、靈敏度高、穩定性好等特征而備受關注。電化學檢測以氧化還原反應為基礎，然而，許多具有相似氧化還原特征的物質很難被區分。例如在醫療檢測中的DA/UA/AA，三者氧化還原峰位置接近，信號重疊而難以區分。又如環境監測中，在檢測特定污染物的時候，海水組分復雜含有電活性有機質比較多，往往會造成較大干擾。這種困難很大程度上限制了電化學傳感器的應用，是目前制約電化學檢測發展的一個瓶頸。因此，需要開發一種新的手段來解決上述問題。

【成果簡介】

近日，中國海洋大學材料學院的陳守剛教授、趙明崗博士（共同通訊）在Biosensors and Bioelectronics和Electrochimica Acta上發表題為“Triggering Interface Potential Barrier: A Controllable Tuning mechanism for Electrochemical Detection”和“A self-adjusting mechanism of schottky junction constructed by zero-bandgap graphene for highly efficient electrochemical biosensing”的文章。文章提出了借用半導體界面勢壘通過自調控手段實現對具有相似氧化還原特征物質的電化學信號的區分。文章詳細計算和分析了p-n結、p-p結及肖特基結界面勢壘在調控電化學信號中的不同作用，并通過蛋白質分子實驗在不同溶液環境下驗證了調控效果。結果表明，可通過合理設計半導體界面借助勢壘高度的增加和降低來實現對具有相似氧化還原特征的不同物質電化學響應的增強和削弱，從而實現對特定物質的高靈敏、低干擾檢測。

【圖文導讀】

圖一 NiO/PANi/ZnO多級材料的界面勢壘調控機理圖

（a）多級異質結界面勢壘在以氧化還原為基礎的電化學檢測中工作原理圖；p-n結界面（b）合p-p結界面（c）能帶結構圖。

圖二 石墨烯/NiO泡沫的界面勢壘調控機理圖

形成肖特基結前（a）和后（b）石墨烯和NiO的能帶結構圖；（c）3D石墨烯/NiO修飾的GCE原理結構圖。（d）3D石墨烯/NiO界面的能帶結構圖。當吸附正電分子（e）和負電分子（f）導致的界面肖特基勢壘的改變。

【小結】

本文提出了一種將物理因子用于電化學信號調控的機理，通過理論和實驗分析驗證了半導體界面勢壘的有效調控特征，為解決電化學檢測中遇到的瓶頸提供了一種新的思路，該電化學傳感器件設計思路有望在醫療、環境檢測中得到廣泛應用，同時也有望對其他異質結構或二維材料電化學器件設計提供思路。

原文鏈接：

Triggering interface potential barrier: A controllable tuning mechanism for electrochemical detection（Biosensors and Bioelectronics ，2016，https://doi.org/10.1016/j.bios.2016.06.009）

A self-adjusting mechanism of schottky junction constructed by zero-bandgap graphene for highly efficient electrochemical biosensing（Electrochimica Acta，2017，https://doi.org/10.1016/j.electacta.2017.07.021）

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