研究背景：

       新兴的光电化学(photoelectrochemical: PEC)型光电传感器具有得天独厚的在液体环境中工作的特性。此外，不同于需要外部电源来产生电检测信号的电化学方法，PEC型光电传感器将电检测信号与光激发源分离，具有可忽略的背景信号，并可减少活性物质的干扰。这些特性使PEC型光电传感器成为生物传感应用中的理想的传感器架构, 能够更容易地与生物系统连接并互相兼容。同时，在探索高效生物传感器的过程中，响应度和稳定性作为关键特征，直接影响着它们在各种应用场景下的传感性能。然而，如何在PEC型光电传感器中实现高响应和高稳定性，以保证最佳的传感性能仍然是一个挑战。本质上，PEC型光电传感器的性能取决于三种不同的载流子传输特性：(1)在半导体内部，(2)在半导体/电解质界面，以及(3)在表面化学反应中。这种基于内部和外部载流子传输与表面反应耦合的独特操作特性为我们通过调整和优化其物理和化学过程，以实现具有高性能的PEC型生物光电传感器带来了新机遇。

本文亮点：

  1. 优异的光电传感性能：所设计的由氮化镓(GaN)纳米线构成的PEC型光电传感器展现出247.8 mA W⁻¹的高响应度和超稳定的工作特性。

2. 半导体纳米线的内部+外部能带工程：通过控制载流子动力学来促进有效的PEC反应，同时保护纳米线不受光腐蚀的影响。

3. 构建了葡萄糖传感系统：成功分析了人血清样本中的血糖水平，展现出0.173 μA μM⁻¹ cm⁻²的高灵敏度，0.07 μM的低检测限。

内容简介：

      中国科大iGaN-Lab孙海定教授联合安徽医科大学尹宗智教授团队，以及华中科技大学同济医学院协和医院的党一平和赵雷教授等采用氮化镓(GaN)构筑p-n同质结纳米线结构，并对p-GaN段针对性地掺杂，同时采用钴镍氧化物(CoNiOₓ)在纳米线表面进行修饰，设计并制造了一种基于半导体p-n结新型PEC型光电化学传感器。在光照下，p-n同质结充当“空穴泵”，有效地将光生空穴泵到纳米线表面。与纯n-GaN纳米线相比，p-n同质结纳米线的光电压增加了172%，内部载流子分离效率显著提高。此外，通过p-GaN段的针对性掺杂，使p-GaN/电解质界面上的空穴转移势垒最小化，促进光生空穴向电解质中迁移。同时，为了进一步改善载流子迁移过程，采用CoNiOₓ进行表面修饰，形成p-n GaN/CoNiOₓ结构。器件实现了247.8 mA W⁻¹的高响应度，同时表现出优异的操作稳定性，在27.5 h的稳定性测试中表现出可忽略不计的衰减。最终，由于其显著的稳定性和高响应度，以及特殊的水溶液操作环境，我们成功构建了具有高线性响应和选择性的葡萄糖传感系统，并成功检测了人血清中样本中血糖水平。该研究为我们提供了一条简单而通用的路线，以释放PEC器件在未来先进的生物传感应用中的全部潜力。

作者简介：

本文通讯作者

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▍Email：yinzongzhi@ahmu.edu.cn

本文通讯作者

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▍Email：haiding@ustc.edu.cn 

本文链接：Nano-Micro Letters (2024)16: 192 https://doi.org/10.1007/s40820-024-01394-5