光电(PE)效益等自1887年由赫兹发现以来，在太阳能电池、光催化、光电化学传感等领域引起了极大的关注。提高光电响应对提高这些器件的性能至关重要。通常，增强PE响应是通过巧妙的光活性材料设计实现的，包括形态控制、结构调节、和材料杂交。因此，提高光电(PE)响应对于提高太阳能电池、光催化和光电化学(PEC)传感的性能具有重要意义。
来自南京师范大学的学者开发了先进的CuO/Ag2S/CuS纳米杂化材料(NHS)，其中CuO/Ag2S纳米杂化材料具有优异的PE性能，而CuS纳米颗粒具有显著的光热(PT)特性。在850nm光照射下，CuO/Ag2S NHS被CuS的PT效应等原位加热，极大地促进了载流子的产生和迁移，最终使相关的PE响应提高了1.4倍，PT贡献占总光电流的34.3%。本文基于PT促进的PE机理和酶催化诱导的Cu颗粒调控，建立了生物友好的PEC传感平台，实现了对无机焦磷酸酶的灵敏检测，检测范围为0.0 5~35µml−1，检测下限为0.02µml−1。特别是进一步的变温实验表明，这种PT效应甚至能够缩小CuS的带隙(从≈2.1 eV到≈1.3 eV)，扩大了可用激发光的波长范围，从而是有益的。与其他方法相比，PT效应等促进PE的反应对光活性物质的限制较少，因此在PE相关的各种应用中具有重要的应用价值。相关文章以“CuO/Ag2S/CuS Nanohybrids-Integrated Photoelectric and Photothermal Effects for Ultrasensitive Detection of Inorganic Pyrophosphatase”标题发表在Advanced Functional Materials。
论文链接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202106854
图1.a)CuO NSs，CuO/Ag2SNHS和CuO/Ag2S/CuS NHS的XRD图谱。b)TEM和c)CuO NSs的HRTEM图像。d)CuO/Ag2S NHS的TEM和e)HRTEM图像。F)STEM，g)HRTEM和h)CuO/Ag2S/CuS NHS的元素映射图像。
图2.a)CuO NSs、Ag2SNPs和CuO/Ag2S NHS的PEC响应。b)CuO/Ag2S NHS对不同浓度Cu2+的PEC响应。C)CuO、CuO/Ag2S和CuO/Ag2S/CuS NHS的光电流变化示意图。
图3.a)CuS纳米粒子的UV-VIS-NIR吸收光谱和相关的Tauc图(插图)。b)ITO电极上修饰的CuS纳米粒子在850nm激光照射下的随时间变化的温度曲线。c)CuO/Ag2S NHS随温度变化的电流曲线。d)比较PE和PT 效应等对CuO/Ag2S/CuS NHS光电流强度的贡献率。
图4.a)CuS纳米颗粒对不同光照时间的PEC响应。b)Tauc图和c)CuSNPs在不同温度下的XPS价带边缘谱。d)CuO/Ag2S和CuO/Ag2S/CuS NHS的PEC机理示意图，以及Pt等对CuS纳米粒子能带结构的影响。
图5.a)基于PT促进的PE响应和酶催化的PPase生物传感器示意图。b)变化和c)作为[PPase]的函数的光电流强度的校准曲线。(d)CuO/Ag2SNHS和Cu-PPI复合物与PPase(2.0µml−1，≤0.04µgml−1)和其他干扰蛋白(100µgml−1)的光电流。e)不同浓度NaF对PPase的抑制等。
综上所述，本文报道了一种以CuO/Ag2S/CuS NHS为模型电极材料的新型质子交换膜生物传感平台，证明了CuS纳米粒子的PT等是提高CuO/Ag2S/CuSNHS电极响应和传感性能的有效策略。值得注意的是，系统的电化学和变温测试表明，增强的PE响应主要是由于PT促进的高效载流子的产生和迁移。此外，PT效应能够缩小CuS的带隙(从≈2.1 eV到≈1.3 eV)，扩大了激发光的可采用波长范围，从而大大降低了对光活性材料设计的限制。本工作提出了一种巧妙而通用的增强PE响应的机制，在此基础上，即使是波长较长的弱光也可以用来激发具有较大带隙的材料，从而可以推广到与PE相关的众多领域。 （文：SSC）
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