综述：双光电极自驱动光电化学传感器

　　本综述系统阐述了双光电极自驱动光电化学（DPSP-PEC）传感器的前沿进展，重点分析其通过光阳极/光阴极协同机制实现无外源偏压（self-powered）运行的核心优势，涵盖能级设计（Fermi level）、抗干扰性能提升策略及在环境监测（environmental monitoring）、临床诊断（clinical diagnostics）等领域的应用潜力。

　　

Fundamental Principles of PEC Sensors

光电化学（PEC）传感器利用光与半导体材料的相互作用产生电子-空穴对，驱动电极-电解质界面的氧化还原反应。这些光诱导电化学反应产生的光电流信号可直接或间接受特定分析物影响。凭借低背景噪声、高灵敏度和低功耗特性，PEC传感器在生物医学检测、环境监测等领域展现出广阔应用前景。

Design and Architecture of Dual-Photoelectrode PEC Systems

双光电极PEC系统将n型光阳极与p型光阴极集成于同一构型中，通过两电极间的本征电位差实现无偏压运作。该设计显著增强光吸收效率、电荷分离能力和能量转换效率，同时有效抑制电荷复合损失。与传统依赖牺牲燃料（如葡萄糖、抗坏血酸）的单光电极系统相比，双电极系统通过内部电子循环机制实现更稳定的信号输出，其中光阳极负责空穴介导的氧化反应，光阴极执行电子介导的还原反应，形成自驱动传感回路。

Material Selection and Optimization in DPSP-PEC Sensors

DPSP-PEC传感器的性能核心在于光阳极与光阴极材料的协同匹配。除带隙能量（bandgap energy）外，需综合考量能带边缘对齐、费米能级兼容性、功函数、电负性、电子亲和能、载流子扩散动力学及界面电荷转移效率等参数。理想的材料组合需满足：光阳极的导带底电位较光阴极更正，形成内建电场驱动电荷定向迁移；二者光谱吸收范围互补以实现宽谱捕获；表面修饰工程可增强生物识别元件固定效率并抑制非特异性吸附。

Applications in Sensing and Analysis

DPSP-PEC传感器在化学与生物传感领域表现卓越，其双电极构型赋予系统更强的抗干扰能力和信号稳定性。在环境监测中可实现污染物超痕量检测（如农药残留、重金属离子）；临床诊断方面应用于肿瘤标志物、心肌蛋白等生物标志物检测；食品安全领域用于致病菌、毒素快速筛查。系统无需外部电源的特性特别适合开发便携式现场检测设备。

Challenges and Limitations

当前面临的主要挑战包括：材料在真实环境下的光腐蚀、生物污染及长期稳定性问题；复杂样本基质中选择性干扰的彻底消除；器件集成化与批量制备的工艺瓶颈；缺乏标准化性能评估体系。此外，如何平衡光吸收厚度与电荷传输距离的矛盾，以及实现全可见光谱响应仍是技术难点。

Future Directions and Opportunities

未来发展方向聚焦于：与微流控技术整合实现自动化高通量检测；开发钙钛矿、金属有机框架（MOF）、二维材料等新型光活性材料；借助人工智能优化材料配对设计；发展多功能集成传感平台（如同时检测多组分的阵列传感器）；推动器件柔性化与可穿戴化应用。通过跨学科技术融合，有望突破现有检测精度与便携性的平衡瓶颈。

Conclusion

DPSP-PEC传感器通过光阳极/光阴极协同机制实现了无外源偏压的高性能检测，在灵敏度、抗干扰性和便携性方面显著超越传统PEC传感器。其核心优势源于内部电势驱动的定向电荷传输机制与双电极信号放大效应。随着材料设计与器件工程的持续创新，这类传感器将在现场快速检测、个性化医疗及环境实时监控等领域发挥关键作用。