电化学传感器作为传感器的一个分支,是一种可以对化学成分进行分析并且产生与待测物质浓度呈比例关系的电信号的电化学分析系统,具有灵敏度高、检测迅速、专一性强、稳定性好和可微型化等优点,已经被广泛应用于工业生产、环境保护、医学诊断、生物工程等领域。相对于离子液体,固体离子导体以其良好的化学稳定性、热稳定性、宽的电化学窗口以及高的离子电导率等优点,已经被广泛应用于电催化、电化学电容器和固体可充电电池等领域。然而有关应用于电化学生物传感器的报道却非常少。对于电化学多巴胺传感器,虽然基于电子导体的电极和离子液体复合材料的电极已经被广泛研究,但是基于固体离子导体的电极尚未被研发。然而原理上,多巴胺的电化学氧化还原反应是伴随着两个质子和两个电子转移的反应,所以研发出基于固体离子导体的电极是目前乃至未来构建多巴胺和其他生物电化学传感器的新方向。另外,目前报道最多的电解质基型气体传感器主要是基于YSZ、LSGM和NASICON电解质材料,但这些传感器无法在室温条件下工作,并且性能也会随着湿度的增加而减弱,无法对呼出气体的浓度进行及时检测,限制了其在医疗检测上的应用,所以研发出可以在室温和高湿条件下具有高离子电导率的电解质是拓展电解质型气体传感器应用的有效途径。此外,随着汽车行业的兴起,关于电解质型氧传感器的研究和应用的报道越来越多。其中基于氧离子-电子混合导体作为致密扩散障碍层的极限电流氧传感器引起了研究者的极大兴趣,因为这种传感器不仅弥补了浓差电势型氧传感器检测氧气浓度范围窄的不足,也避开了小孔型和多孔型极限电流氧传感器在工业排放系统中易堵塞的缺陷。但是,该类型氧传感器的检测范围远远小于孔基极限电流氧传感器,其中一个重要的原因是这些混合导体在高的工作电压下发生了电化学还原,因此就需要研发出具有高分解电压的氧离子-电子混合导体来拓宽检测范围。本论文在总结了国内外相关文献报道的基础上,利用水热合成法和离子交换法制备出了离子导体K₂Fe₄O₇和Na₂Fe₄O₇以及氧离子-电子混合导体AgTa_0.5Nb_0.5O_2.52。利用这些材料构建出了新型的电化学多巴胺传感器、H₂S气体传感器和致密扩散障碍型极限电流氧传感器,并对传感的原理、性能进行了系统研究。我们具体的研究内容如下:1.利用水热法合成离子导体K₂Fe₄O₇,并用其修饰玻碳电极（GCE）表面,制备了K₂Fe₄O₇/GCE电极。以0.1 M PBS（pH=7.6）作为支持电解质,Ag/AgCl为参比电极,Pt片为对电极,构建出新型的多巴胺传感器。利用CV、DPV、EIS等测试方法进行原理和性质探究。实验结果表明,K₂Fe₄O₇/GCE电极转移的电荷类型为离子,对多巴胺的氧化具有良好的电催化活性。并且该传感器的传感性能与基于电子导体电极的多巴胺传感器相当,即该传感器具有较低的检出限（0.22μM,S/N=3）,良好的再现性、重复性、稳定性以及在抗坏血酸、尿酸、葡萄糖和无机离子的干扰下,良好的选择性。此外,将该传感器应用于胎牛血清中多巴胺浓度的测定,也得到了满意的结果。本电极的成功制备为构建涉及离子转移的电化学生物传感器提供了新的方向。2.鉴于K₂Fe₄O₇在电化学多巴胺传感器的成功构建,以及K₂Fe₄O₇的晶体结构和K⁺的无序性,我们利用离子交换方法制备了相似结构的Na₂Fe₄O₇。我们通过晶体结构解析确定了晶体的结构,并用该晶体制备的Na₂Fe₄O₇/GCE电极构建了新的多巴胺传感器。结果显示,相比于K₂Fe₄O₇/GCE电极,Na₂Fe₄O₇/GCE电极构建的多巴胺传感器的检测原理没有改变,但是该传感器对多巴胺具有更好的电催化活性和传感性能,其最低检出限为0.11μM（S/N=3）,而且该传感器也可以被用于胎牛血清中的多巴胺含量的检测。3.利用La_0.5Sm_0.5FeO₃为敏感电极,K₂Fe₄O₇为固体电解质组装了一种新型的固体电解质型H₂S气体传感器并研究了其在室温和高湿度条件下的传感性能。经过极化曲线等测试,证明该传感器属于混成电位传感机制。实验结果表明,该传感器的响应值随湿度增加而明显增加,相对湿度为97%RH的1 ppm H₂S的响应值可达到67 mV,检测限可达到5 ppb,其性能相比已经报道的电解质型和室温高湿度H₂S气体传感器有很大的提升。在室温和高湿度条件下,依然具有良好的选择性和重复性,有望被应用于口臭患者呼出气体中H₂S气体浓度的检测。这一传感器的成功构建为固体电解质型气体传感器提供了新的电解质材料,可以利用其构建其他气体传感器。4.通过钙钛矿AgNbO₃ B位Ta⁴⁺对Nb⁵⁺的取代,引入了氧空位,制备出氧离子-电子混合导体AgTa_0.5Nb_0.5O_2.52（ATN）。ATN具有高的电化学分解电压。以ATN陶瓷片作为致密扩散障碍层,8YSZ为固体电解质构建了致密扩散障碍型极限电流氧传感器。在800℃和1 V电压的条件下,该传感器可以检测的氧气浓度范围达到了1.3-100 mol%,并且具有快速响应、强的抗干扰和中毒能力以及良好的长期稳定性。该传感器显著地拓宽了致密扩散障碍型极限电流氧传感器的检测范围。