界面空穴富集工程提升痕量H2 O2 光电化学检测灵敏度的研究

针对痕量H2 O2 检测中空穴迁移动力学迟缓导致的灵敏度不足问题，研究人员通过界面空穴富集工程，构建MnOx /WO3 光阳极，显著降低氧化过电位，实现0.1 mM检测限和4.81 μA cm?2 mM?1 的高灵敏度，为APEC策略提供新思路。

　　

在化学工业、医疗和食品领域，痕量过氧化氢（H₂
O₂
）的精准检测至关重要。传统光电化学（PEC）技术虽具高灵敏度，但受限于空穴迁移效率低，阳极光电化学（APEC）策略的检测性能难以满足需求。尤其当H₂
O₂
浓度极低时，其氧化需两个空穴参与，而空穴易与电子复合，导致信号微弱。现有解决方案如提高偏压会引入干扰，因此如何在低电压下富集空穴成为突破关键。

为解决这一难题，中国的研究团队提出界面空穴富集工程，并以氧化锰（MnO_x
）修饰三氧化钨（WO₃
）光阳极作为概念验证。通过水热合成和光沉积技术制备MnO_x
/WO₃
电极，结合X射线衍射（XRD）和光电表征技术，证实MnO_x
可显著提升空穴浓度与寿命，降低H₂
O₂
氧化过电位。最终，该光阳极实现0.1 mM的检测限和4.81 μA cm^?2
mM^?1
的灵敏度，较纯WO₃
提升1.72倍。相关成果发表于《Journal of Electroanalytical Chemistry》，为痕量检测提供了新范式。

关键实验技术

1. 水热合成法原位生长WO₃
   薄膜；
2. 光电化学沉积法选择性负载MnO_x
   ；
3. XRD分析材料晶体结构；
4. 光电化学测试（如电流-电压曲线）评估性能。

研究结果
材料合成与表征
WO₃
通过水热法垂直生长于FTO玻璃，MnO_x
经光沉积锚定于WO₃
表面。XRD显示MnO_x
未引入新峰，表明其高度分散或低结晶度。

光电性能提升机制
MnO_x
作为空穴陷阱，显著延长空穴寿命并促进其富集于界面，降低H₂
O₂
氧化的能量壁垒，电流信号增强至81 μA cm^?2
。

检测性能对比
MnO_x
/WO₃
的检测限（0.1 mM）和灵敏度（4.81 μA cm^?2
mM^?1
）均优于纯WO₃
，验证了空穴富集策略的有效性。

结论与意义
该研究通过界面工程调控空穴行为，解决了APEC检测中动力学迟缓的核心问题。MnO_x
/WO₃
光阳极在低偏压下实现高灵敏度，为复杂环境中痕量物质检测提供了普适性思路。作者Shichu Zhao等强调，此策略可拓展至其他光电催化体系，推动PEC技术在环境监测和生物医学中的应用。