第一作者：陳石華、肖向予、李培華
通訊作者：黃行九、郭正、楊猛
通訊單位：合肥物質科學研究院、中國科學技術大學、安徽大學
研究亮點：
1. 設計制備了一種具有中空結構的直接Z型光催化異質結ZnS/Co9S8。
2. 構筑的基于ZnS/Co9S8光電傳感器實現了對農殘毒死蜱的高靈敏高選擇性檢測。
毒死蜱檢測的重要性
為了提高農作物的產量，有機磷農藥被廣泛用于農業生產中。與其它有機磷農藥相比，毒死蜱的使用量位居榜首，但其殘留對人體與生態環境造成危害的新聞報道也層出不窮。因此發展高靈敏性、高選擇性、簡單快速的毒死蜱殘留檢測新方法尤為重要。
光電化學檢測方法
近幾年，光電化學檢測方法因具有靈敏度高、響應快速、設備簡單、易微型化等優點，得到了廣泛的關注。光電檢測在有機污染物的檢測也取得了一些進展，但設計無生物分子標記的高靈敏高選擇性光電化學敏感界面方面仍然面臨嚴峻的挑戰。
直接Z型異質結
直接Z型異質結材料因其能帶結構的特殊形式，其光生載流子能更快地分離并減少了它們的復合，具備優異的催化性能，被廣泛應用在水的分解、CO2的還原、降解有機物等研究領域，代表了當前最前沿的新能源利用和環境凈化的發展趨勢。在光電傳感界面的構筑上，也有一定的應用潛力。
擬解決或者擬探索的關鍵問題
1. 設計直接Z型異質結，并用于構筑無生物分子標記的光電敏感界面。
2. 實現對有機農藥毒死蜱的高靈敏高選擇性光電檢測。
成果簡介
有鑒于此，近期，合肥物質科學研究院黃行九研究員研究小組首次設計制備了一種具有中空結構的直接Z型光催化異質結ZnS/Co9S8。利用有機磷農藥毒死蜱對該材料的光催化性能的淬滅作用，構筑的基于ZnS/Co9S8光電傳感器實現了對有機污染物毒死蜱的高靈敏高選擇性檢測。
要點1：首次設計制備了一種具有中空結構的光催化異質結ZnS/Co9S8
首先，研究團隊借助模板法、水熱合成法成功制備了ZnS納米顆粒均勻負載在Co9S8 中空納米立方塊上的復合材料。
圖丨材料的合成與表征。
要點2：表征ZnS/Co9S8的能帶結構
研究人員通過紫外-可見光-紅外漫反射吸收光譜、莫特肖特基測試，分別表征了ZnS和Co9S8的帶隙及導帶位置，從而得到了所合成的異質結的能帶結構示意圖，其符合直接Z型異質結的能帶特征，PL光譜及一系列光電表征也表明直接Z型異質結ZnS/Co9S8具備更優異的光催化性能。
圖丨材料的能帶結構表征及PL光致發光光譜。
要點3：構筑光電化學傳感器用于毒死蜱的檢測
通過毒死蜱利用有機磷農藥毒死蜱對ZnS/Co9S8的光催化性能的淬滅作用，所構筑的傳感平臺可以實現對0.05 ppb-40 ppb 的毒死蜱的線性檢測，檢測限為0.0166 ppb。而且，傳感器表現出優異的穩定性和選擇性，可用于水環境中毒死蜱的檢測。
圖丨傳感器的檢測性能。
要點4：傳感機制分析
該課題組根據半導體材料的能帶結構設計的直接Z型異質結使光電材料的光生載流子更快地分離并減少了它們的復合，從而提高了光催化性能；加上中空立方塊的結構極大地增強了光電材料對光的吸收，這些設計都提高了傳感器對毒死蜱的靈敏度。
此外，研究小組也首次發現，光電傳感器的高選擇性歸因于ZnS/Co9S8異質結表面上的Co位點與毒死蜱中相鄰的S和N原子之間的特異性結合。
圖丨檢測機理示意圖。
小結
該研究為設計更簡便的高靈敏高選擇性光電敏感界面提供了一種新的思路，即可通過設計基于直接Z型異質結構筑光電敏感界面，這在光電檢測惰性有機污染物方面具有巨大潛力。該工作在環境檢測領域具備一定代表性，相關工作作為封面（front outside cover）文章發表在Environmental Science Nano 期刊上，并被收集到Environmental Science: Nano Recent HOT Articles (rsc.li/esnano-hot)
六、參考文獻及原文鏈接
Shi-Hua Chen, et al. A direct Z-scheme ZnS/Co9S8heterojuncti-based photoelectrochemical sensor for the highly sensitive andselective detection of chlorpyrifos. Environ. Sci.: Nano, 2020, 7, 753
https://doi.org/10.1039/C9EN01265F
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/en/c9en01265f#!divAbstract
