研究背景
电化学传感器是指是基于待测物的电化学性质并将待测物化学量转变成电学量进行传感检测的一种传感器。通常由三部分组成：（1）外来物种的识别部分；（2）传感器在接受外来物种后将信息传输外出的报告器部分；（3）中继体部分。其中报告器部分为一个电活性中心，被检测物与传感器分子作用后对电活性中心产生影响，引起其氧化还原性质的改变。从而通过传感器分子氧化还原电位的显示来进行电化学识别。典型的电化学传感器由传感电极（或工作电极）和反电极组成，并由一个薄电解层隔开。通过电极间连接的电阻器，与被测气浓度成正比的电流会在正极与负极间流动。测量该电流即可确定气体浓度。由于该过程中会产生电流，电化学传感器又常被称为电流气体传感器或微型燃料电池。电化学传感器的研究重点集中在材料方面，纳米材料的研究是当今的热点。
电化学传感器的传感器件是电极，一般是三电极系统，包括工作电极，对电极和参比电极。工作电极上带有敏感元件和转换元件，是能将待测物的浓度变化转变成电信号。当待测物与传感器件的敏感元件结合时，会通过发生反应并产生相应的化学或生物信息，转换元件将其转换成电信号之后，由电化学检测仪进行处理后送至计算机显示。所以电极是整个电化学传感器的重点，也是电化学分析与检测的关键。由于它们在传感器中所起的作用不同，工作电极作为整个电化学传感器件的核心原件，它的性能决定了电化学传感器的性能。
典型研究
电化学传感器的研究有器件和电极材料两方面。器件大多基于气体传感器（CO传感器及NO2传感器等）。纳米材料具有不同于主体材料的特性，如小尺寸效应、表面界面效应以及量子尺寸效应，近来己被广泛地用于酶、蛋白质等生物分子的固定，信号的检测放大。目前，基于纳米材料构建新型的高灵敏的电化学生物传感器应用于正成为传感器领域的研究热点，受到科学界的广泛关注。
碳纳米材料：碳材料具有极好的导电能力、大的比表面积、高的化学稳定性及纳米尺寸效应，其在电化学传感器应用方面具有广阔的前景。由于具有特殊的结构和性质，石墨烯复合材料在许多方面都显现出巨大潜力，如应用在纳米生物材料、传感器、电容器、超导体和催化剂载体以及纳米复合材料等方面。
金属纳米材料主要指的是贵金属纳米材料（纳米金、纳米银、纳米铂、纳米钯、纳米钌等）和铜、铁、钴、镍、锌等纳米材料以及它们组成的合金。金属纳米材料具有导电性能好、稳定性强、生物兼容性好、细胞毒性低以及尺寸形状所带来的光、电、磁等方面具有独特的性质。
金属氧化物纳米材料由于其具有比表面积高、生物相容性好、化学稳定性高、制备成本低廉和电学性能良好等特点，是制备传感器的优良材料。这类材料主要有金属氧化物（TiO2、CuO、Fe3O4、ZnO）等。
设备推荐
电化学传感器材料性能的测试采用EC701E电化学传感器分析系统，以测量电流或者电位变化为主。采用AES-4TH对测试体系的环境进行控制，能避免外界环境（温度、湿度等）对体系的干扰，提高测量的重复性。
1. 测量设备
EC701E电化学传感器分析系统：提供电流-电位分析、电位-时间分析、阻抗分析等。设备性能稳定，测量精度高。
2. 环境控制设备
温湿度测试平台：为材料或器件研究搭建一个温度、湿度、压强、气氛可控的测试环境，系统搭载精密测量模块，可用于测量电阻、电压、电流信号，以全面表征材料的电学信号变化，通过整体的电路、线路、腔体的屏蔽抗干扰处理，实现了极低信号的稳定测试。该设备用于为测试环境提供稳定的工作环境，确保实验的可重复性。
3. 配件耗材：电化学传感器配件、电极及电解池等。
典型结果
循环伏安法（CV）：以快速线性扫描的方式将激发电位施加于极化池上，循环伏安法的激发信号是一个等腰三角波电位。从起始电位开始，电位沿某一方向线性变化至终止电位，立即换向回扫至起始电位。若没有停止命令，将不断重复上述过程。用三角形脉冲电压得到的循环伏安曲线包括上下两部分，上部分为电活性物质的氧化态还原形成的还原波，称为还原分支或阴极分支；下部分为还原反应产物氧化形成的氧化波，称为氧化分支或阳极分支。循环伏安法可以直接测的阳极峰电流与阴极峰电流的比值，阳极峰电位与阴极峰电位的差值。循环伏安法多用于研究电极过程、电极吸附现象等电化学基础理论的研究。
线性扫描伏安法（LSV）：从起始电位以一定的速率扫描到最终电位的线性伏安技术，与阶梯线性扫描伏安法不同，线性扫描伏安法是根据设定的扫描范围和扫描速率，步长被自动尽可能设为最小数值，以获得接近于模拟量渐变的效果。将线性扫描方式将激发电位施加于工作电极上，其扫描历程相当于循环伏安法的半个循环。从起始电位开始线性扫描至终止电位后即终止。
安培i-t法：测量某一电位下电流密度随时间变化的重要方法。测量曲线可以评价材料的活性和稳定性，这对实际应用性能的考察很重要。在氧化过程中，从曲线的高低和变化率可以看出氧化电流的大小和衰减情况，从而推断出材料的稳定性。
通过恒定电压下加入不同浓度的待测溶液得到的电流时间曲线，建立电流与浓度的关系。
差示脉冲伏安法（Differential Pulse Voltammetric，DPV）：是在线性增加的扫描电位上，施加一振幅恒定的脉冲电位，其电极电位随时间的变化关系。扫描过程中，基本电位从初始电位扫描到终止电位。在电位脉冲开始之前和结束时进行电流采样。这两个采样电流的差值以电位函数的形式记录下来。在每个脉冲之前和结束时，测量两次电流，记录两次电流之差，以电流差值对电位作图，得到差分脉冲伏安曲线。曲线呈峰形，峰电流和峰电位是两个重要的参数。对于可逆体系，差分脉冲伏安曲线峰形对称，峰电流与被测物质浓度成正比。脉冲施加前，只有充电电流存在，而在脉冲末期所测电流值为电解电流和充电电流之和，前后两次电流相减，就可以排除背景充电电流的干扰，因而相比于循环伏安法，差分脉冲伏安法检测更为灵敏，特别是在对物质的痕量检测时，差分脉冲伏安法的优势格外显著。差分脉冲伏安检测极高的灵敏度和优异的检出限，使其在分析检测领域得到了广泛应用。
计时电流法（Chronoamperometry，CA）：一种研究电极过程动力学的电化学分析法和技术。在电解池上突然施加一个恒电位，足够使溶液中某种电活性物质（或称去极剂）发生氧化或还原反应，记录电流与时间的变化，得到电流-时间曲线。通过不同浓度物质的电流与时间关系曲线，建立电流与浓度之间的关系。
方波伏安法（Square Wave Voltammetry，SWV）：在阶梯线性扫描的基础上叠加一系列正向和反向的脉冲信号（二者持续时间一致，并按特定频率施加），记录正向脉冲后期和反向脉冲后期电流之差△I，根据电流差值对阶梯扫描电位的伏安图进行分析的方法。其伏安图呈对称峰形，可根据其峰电位和峰电流分别进行定性分析和定量分析。
交流阻抗测试（EIS）：电化学交流阻抗法是用小幅度交流信号扰动电解池，观察体系在稳态时对扰动跟随的情况。交流阻抗法己成为研究电极过程动力学以及电极界面现象的重要手段。交流阻抗法以测得的很宽频率范围内的阻抗频谱来研究电极系统，从获得的交流阻抗数据，可以根据电极的摸拟等效电路，如等效串联电容、电荷转移电阻等，进而分析电极结构在电化学过程中的阻抗特性及动力学性质，计算相应的电极反应参数。因而能比其它常规电化学方法得到更多的动力学信息和更多的关于界面结构的信息，目前已广泛用于电极表面修饰层的表征。
XRD：主要是分析材料中元素的种类和晶型，计算材料的平均粒径和晶格常数。
XPS：利用原子中电子的特征结合能来进行样品的表面组成分析、化学状态分析和元素成分的深度分析。
扫描电子显微镜（SEM）：是介于透射电镜和光学显微镜测量尺度之间的一种微观形貌观察仪器，可直接利用样品表面材料的物质性能进行微观成像，主要用于样品表面形貌表征。
透射电子显微镜技术（TEM）：主要用于观测材料粒子的形貌、粒径以及分散度，是一种较为常用的微观表征手段。
N2吸附脱附：主要得到材料的比表面积和孔径分布情况。
参考文献
S.H. Fan, Y. Zhu, R.R. Liu, H. Zhang, Z.S Wang, H. Wu, A Porphyrin Derivative for the Fabrication of Highly Stable and Sensitive Electrochemical Sensor and Its Analytical Applications, Sens. Actuators B Chem., 2016, 233, 206-213.
E. Tammari, A. Nezhadali, S. Lotfi, H. Veisi, Fabrication of an Electrochemical Sensor Based on Magnetic Nanocomposite Fe3O4/β-alanine/Pd Modified Glassy Carbon Electrode for Determination of Nanomolar Level of Clozapine in Biological Model and Pharmaceutical Samples, Sens. Actuators B Chem., 2017, 241, 879-886.
X.J. Bo, M. Zhou, L.P. Guo, Electrochemical Sensors and Biosensors Based on Less Aggregated Graphene, Biosens. Bioelectron., 2016, 05, 1-20.
A. Puangjan, S. Chaiyasith, S. Wichitpanya, S. Daengduang, S. Puttota, Electrochemical Sensor Based on PANI/MnO2-Sb2O3 Nanocomposite for Selective Simultaneous Voltammetric Determination of Ascorbic Acid and Acetylsalicylic Acid, J. Electroanal. Chem., 2016, 782, 192-201.
