中国海洋大学陈守刚课题组：电化学检测中的界面势垒调控机制

【引言】

电化学检测是一种常见的医疗、环境检测手段，因具有快速、灵敏度高、稳定性好等特征而备受关注。电化学检测以氧化还原反应为基础，然而，许多具有相似氧化还原特征的物质很难被区分。例如在医疗检测中的DA/UA/AA，三者氧化还原峰位置接近，信号重叠而难以区分。又如环境监测中，在检测特定污染物的时候，海水组分复杂含有电活性有机质比较多，往往会造成较大干扰。这种困难很大程度上限制了电化学传感器的应用，是目前制约电化学检测发展的一个瓶颈。因此，需要开发一种新的手段来解决上述问题。

【成果简介】

近日，中国海洋大学材料学院的陈守刚教授、赵明岗博士（共同通讯）在Biosensors and Bioelectronics和Electrochimica Acta上发表题为“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。文章提出了借用半导体界面势垒通过自调控手段实现对具有相似氧化还原特征物质的电化学信号的区分。文章详细计算和分析了p-n结、p-p结及肖特基结界面势垒在调控电化学信号中的不同作用，并通过蛋白质分子实验在不同溶液环境下验证了调控效果。结果表明，可通过合理设计半导体界面借助势垒高度的增加和降低来实现对具有相似氧化还原特征的不同物质电化学响应的增强和削弱，从而实现对特定物质的高灵敏、低干扰检测。

【图文导读】

图一 NiO/PANi/ZnO多级材料的界面势垒调控机理图

（a）多级异质结界面势垒在以氧化还原为基础的电化学检测中工作原理图；p-n结界面（b）合p-p结界面（c）能带结构图。

图二 石墨烯/NiO泡沫的界面势垒调控机理图

形成肖特基结前（a）和后（b）石墨烯和NiO的能带结构图；（c）3D石墨烯/NiO修饰的GCE原理结构图。（d）3D石墨烯/NiO界面的能带结构图。当吸附正电分子（e）和负电分子（f）导致的界面肖特基势垒的改变。

【小结】

本文提出了一种将物理因子用于电化学信号调控的机理，通过理论和实验分析验证了半导体界面势垒的有效调控特征，为解决电化学检测中遇到的瓶颈提供了一种新的思路，该电化学传感器件设计思路有望在医疗、环境检测中得到广泛应用，同时也有望对其他异质结构或二维材料电化学器件设计提供思路。

原文链接：

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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