電化學(xué)活化玻碳電極及其在電分析中的應(yīng)用

1、廈門大學(xué)碩士學(xué)位論文電化學(xué)活化玻碳電極及其在電分析中的應(yīng)用姓名：胡坤申請學(xué)位級別：碩士專業(yè)：物理化學(xué)指導(dǎo)教師：時康20070601中文摘要中文摘要玻璃碳（，）是電化學(xué)研究中使用最為頻繁的碳材料基礎(chǔ)電極。它的表面具有多變的性質(zhì)，極易受實驗條件的影響而發(fā)生變化。在很多過去的研究中，玻璃電極表面自身變化對研究的影響常常被忽視，或未深入探究，以致相應(yīng)的研究結(jié)論存在謬誤的可能性極大地增加，這是玻碳電極在電化學(xué)研究中面臨的主要問題之一。清楚地了解玻碳材料電極表面結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系，不僅是對基于玻碳電極的相關(guān)研究結(jié)果正確性的保證，也是進(jìn)一步拓展玻碳電極應(yīng)用的重要前提。在本論文研究中，通過采用酸性和堿性兩種活化

2、溶液，分別以兩種不同的電化學(xué)活化方法，獲得了四種不同的活化電極表面；調(diào)查了電化學(xué)活化方法對電極表面的電化學(xué)活性點的種類、尺度大小、結(jié)構(gòu)以及分布的影響規(guī)律；拓展了電化學(xué)活化玻碳電極在電分析領(lǐng)域中的應(yīng)用；探索了雜化類碳材料電極在電子傳導(dǎo)點的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)上存在的本質(zhì)共同點。實驗調(diào)查了在含氯離子溶液中，銅物種在電化學(xué)活化的玻碳電極上的氧化還原行為。結(jié)果顯示銅的伏安響應(yīng)隨著電極活化過程的不同而不同。在循環(huán)活化的電極上，金屬銅表現(xiàn)出異常的陽極溶出過程。實驗證明了這種異常溶出現(xiàn)象起源于電極界面上可發(fā)生金屬銅早期成核活性點的低密度散布，而不是產(chǎn)生于活化電極的吸附、陽離子交換等新性質(zhì)。活化對電極界面的影響實際上是

3、對玻碳表面交織存在的石墨化微晶顆粒的腐蝕。循環(huán)活化可能完全改變了玻碳電極表面的石墨化微晶顆粒的界面結(jié)構(gòu)，而恒電位活化和打磨處理則沒有使之改變。與恒電位活化相比，循環(huán)活化作為一種弱的極化方法，不能有效的除去碳氧化合物。隨活化程度的增加，循環(huán)極化產(chǎn)生的含氧功能基團(tuán)可能在整個石墨化微晶顆粒的表面聚集，并且，滲入微晶顆粒達(dá)一定的程度，導(dǎo)致石墨化微晶表現(xiàn)出新的界面性質(zhì)和結(jié)構(gòu)，界面上可發(fā)生金屬銅早期成核活性點的散布密度低。相反，恒電位活化，特別是在酸性溶液中的恒電位極化，作為一種強(qiáng)烈的腐蝕方法能夠及時有效地除去石墨化微晶表面的多余的碳氧化合物，產(chǎn)生較大的孔穴，同時保留了石墨化微晶的基本結(jié)構(gòu)，界面上具有高散

4、布密度的可發(fā)生金屬銅早期成核的活性點。以維它命（）和多巴胺（）為電化學(xué)分子探針，調(diào)查了采用不同電廈門大學(xué)碩上學(xué)位論文化學(xué)活化方法活化的玻碳電極表面電化學(xué)性質(zhì)，并與碳納米管（和）和石墨碳粉顆粒的表面進(jìn)行了相比較。實驗發(fā)現(xiàn)的電化學(xué)氧化過程對電極表面的變化較更為敏感，能反映出各種電極表面的不同。的電化學(xué)氧化過程的變化反應(yīng)出，硫酸中恒電位活化的玻碳表面與界面存在相同之處，但明顯不同于和硫酸中循環(huán)活化的玻碳表面，以及堿性溶液中活化的玻碳表面。硫酸中恒電位活化將電極表面原有的納米尺度的石墨化微晶顆粒腐蝕分割成更小的尺度，以致在表面可能散布一些近似單層的氧化石墨薄片。初步探討了活化玻碳電極在原位制備鉍膜電極

5、以及檢測分析鉛、鎘重金屬離子方面的應(yīng)用。實驗結(jié)果顯示，分析溶液中含有氯離子可有效地改善金屬鉍、鉛和鎘在電極表面的沉積，大幅度地提高沉積金屬的方波陽極溶出峰的峰高。以稀作為分析基礎(chǔ)溶液替代傳統(tǒng)的乙酸緩沖溶液，不僅可采用簡單的電化學(xué)清洗方法高重現(xiàn)性地再生活化玻碳電極表面，并且，可消除金屬離子的水解反應(yīng)對檢測結(jié)果產(chǎn)生的不利影響，同時可將鉍膜電極檢測方法拓展至分析檢測海水等含氯離子樣品。與傳統(tǒng)的鉍膜電極檢測方法相比，本論文發(fā)展的新方法，因分析溶液和活化玻碳電極的采用，在不增加實驗操作復(fù)雜程度的前提下，使鉛和鎘的檢測的敏感水平大幅地提高，特別是對鎘離子。采用分鐘的富集時間，“、離子的濃度和溶出峰高間線性

6、響應(yīng)區(qū)間均在，線性響應(yīng)斜率分別是和，檢測下限可分別至和。關(guān)鍵詞：玻碳電極；電化學(xué)活化；表面結(jié)構(gòu)；電子傳導(dǎo)活性點；電分析。（），廈門大學(xué)碩上學(xué)位論文，（）（），（），（、，（）“（，），【，“，珈“：；廈門大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明茲呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下獨立完成的研究成果。本人在論文寫作中參考的其他個人或集體的研究成果，均在文中以明確方式表明。本人依法享有和承擔(dān)由此論文而產(chǎn)生的權(quán)利和責(zé)任。聲明人（簽名）：期詩掂年廠月午日廈門大學(xué)學(xué)位論文著作權(quán)使用聲明本人完全了解廈門大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。廈門大學(xué)有權(quán)保留并向國家主管部門或其指定機(jī)構(gòu)送交論文的紙質(zhì)版和電子版，有權(quán)將學(xué)位論文用于

7、非贏利目的的少量復(fù)制并允許論文進(jìn)入學(xué)校圖書館被查閱，有權(quán)將學(xué)位論文的內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，有權(quán)將學(xué)位論文的標(biāo)題和摘要匯編出版。保密的學(xué)位論文在解密后適用本規(guī)定。本學(xué)位論文屬于、保密（、不保密（），在）年解密后適用本授權(quán)書。（請在以上相應(yīng)括號內(nèi)打“”）作者簽名：導(dǎo)師簽名：軌秒躉日期：唧年刖怕日期：硼年刖日第一章緒論第一章緒論雜化的碳電極材料以雜化碳為主體的高序熱解石墨、石墨、玻碳、碳粉、碳黑、碳纖維等等各種碳材料是電化學(xué)研究中最為常用的基礎(chǔ)電極材料【，】，近些年來，新的碳材料（富勒烯、碳納米管等）又不斷地被合成制出，并展現(xiàn)出獨特的物理化學(xué)性質(zhì)和誘人的應(yīng)用前景，這些都使得有關(guān)雜化碳材料的電化

8、學(xué)研究長期以來一直是一個極為重要、極具活力的領(lǐng)域。雜化類型的各種碳材料有著彼此不同的物化性質(zhì)，因而在電化學(xué)研究中有著不同的應(yīng)用范圍。它們物化性質(zhì)的不同起源于結(jié)構(gòu)上的差異，弄清碳材料的結(jié)構(gòu)與其電化學(xué)性質(zhì)之間的內(nèi)在聯(lián)系是碳材料研究的一個重要的基礎(chǔ)性課題。過去的研究對雜化碳材料的一些基本的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)關(guān)系已有了一些初步認(rèn)識【】。這些碳材料都有一個由雜化碳原子構(gòu)成的、最基本的六元結(jié)構(gòu)單元【。如圖所示，六元結(jié)構(gòu)內(nèi)碳。碳鍵的鍵長為，基本單元二維平面地延展構(gòu)成了芳香性石墨單片層【】。位于面邊端的碳原子與面內(nèi)的碳原子有著不同的電子態(tài)，兩者的性質(zhì)不同【，】。相鄰單片層之間以范德華力相結(jié)合，形成了各種碳材料的基本微

9、晶【】。由面邊端的碳原子構(gòu)成的晶面和與之垂直的晶面在性質(zhì)上的差異導(dǎo)致了微晶的各相異性【】。三個獨立的衍射參數(shù)、和被用來表征微晶的結(jié)構(gòu)；其中，是相鄰單層之間的晶間距，有序單晶的值為，隨無序程度的增加增至以；是微晶的面在水平方向的平均長度，是微晶面的平均尺寸，兩者取決于微晶的大小、形狀和晶面取向【】。組成各種碳材料的微晶尺度的不同，決定了碳材料的硬度等性質(zhì)。如圖所示，高硬度玻碳的微晶大小在納米尺度，而柔軟的石墨材料的微晶則在微米數(shù)量級【】。另外，一些碳材料的體相由晶形部分與非晶形部分交織混合組成，這使得一些晶形部分存在一定程度的扭曲變形成份【，】。大多數(shù)碳材料的體相中還分布著各種尺度的孔。因此，微

10、晶的大小、取向、扭曲變形程度以及孔等因素最終造成了雜化類型的各種碳材料具有不同的體相結(jié)構(gòu)【，】。圖圖示了四種典型的碳材料的體相結(jié)構(gòu)，高序熱解石墨具有最為簡單的體相結(jié)構(gòu)，顯然玻碳的體相結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜，這廈門大學(xué)碩士學(xué)位論文體相結(jié)構(gòu)上的差異是不同的碳材料具有不同性質(zhì)的本質(zhì)原因之一【】。娑嘶婦姍）圖雜化碳材料的基本結(jié)構(gòu)單元【】圖各種碳材料的微晶尺寸分布【】丁土一（）（）卜一（）圖四種雜化碳材料的體相微觀結(jié)構(gòu)圖【】（未按實際比例）（）高序熱解石墨（）玻碳（）碳纖維（面勰角）（）炭黑第一章緒論對電化學(xué)研究而言，由于電化學(xué)反應(yīng)過程直接發(fā)生在電極表面，因此，清楚地了解各種碳材料電極的表面結(jié)構(gòu)對其電化學(xué)性質(zhì)的影

11、響，是電化學(xué)研究中至關(guān)重要的問題。不同的體相結(jié)構(gòu)必然會導(dǎo)致相應(yīng)的表面結(jié)構(gòu)。迄今為止，除對高序熱解石墨等一些體相結(jié)構(gòu)較為簡單的碳電極材料的表面結(jié)構(gòu)有較為清晰的了解以外【，對其它結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的碳材料表面缺乏系統(tǒng)深入的研究。對碳電極表面，目前比較一致的認(rèn)識是它們的電化學(xué)性質(zhì)與其使用或處理的歷史有直接關(guān)系，位于表面的含氧基團(tuán)對電化學(xué)性質(zhì)有著重要的影響【】，但具體的表面結(jié)構(gòu)變化對電化學(xué)性質(zhì)的影響規(guī)律仍不十分清楚。另一方面，近些年來合成制出的碳納米管具有較為獨特的結(jié)構(gòu)，如圖所示，單壁碳納米管由石墨單片層卷曲而成，而多壁碳納米管則是由多個同心圓柱體排列組成【】。碳納米管的體相和表面結(jié)構(gòu)均較為簡單，特別是單壁

12、碳納米管完全體現(xiàn)出表面的特性【】。在酸中氧化處理后，碳納米管的表面同樣可存在各種含氧基團(tuán)【】。因此，通過研究碳納米管和高序熱解石墨等表面結(jié)構(gòu)清晰的碳材料電極的電化學(xué)性質(zhì)，是正確理解其它碳材料復(fù)雜的表面結(jié)構(gòu)變化對電化學(xué)性質(zhì)影響規(guī)律的有效途徑之一。：豳陽咖，：圖單壁碳納米管的形成和結(jié)構(gòu)示意，】廈門大學(xué)碩士學(xué)位論文玻碳電極在所有雜化類碳材料中，玻璃碳（，）因具有寬電化學(xué)窗口、易于修飾和高機(jī)械硬度等特點，是使用最為廣泛、最為頻繁的碳材料基礎(chǔ)電極【】。事實上，每年約有一千篇以上的論文涉及以玻碳電極為基礎(chǔ)電極。雖然眾所周知玻碳電極表面最具多變性，極易受實驗條件的影響而發(fā)生變化，但在過去很多的研究中，電極表

13、面自身的變化對研究的影響常常被忽視，或未被深入探究，以致極大地增加了相應(yīng)的研究結(jié)論存在謬誤的可能性，這是玻碳電極在電化學(xué)研究中面臨的主要問題之，】。因此，清楚地了解玻碳材料電極表面結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系，不僅是對基于玻碳電極的相關(guān)研究結(jié)果正確性的保證，也是進(jìn)一步拓展玻碳電極應(yīng)用的重要前提，這是本論文擬著重研究的主要內(nèi)容。玻碳有著獨特的本體相結(jié)構(gòu)【，】，如圖所示，這起源于其制備方法。目前通用的制備方法是：在高壓惰性氣氛中、在的條件下加熱聚合物樹脂（聚丙烯腈或酚醛樹脂），去除、和元素，產(chǎn)生共軛的碳結(jié)構(gòu)【】。樹脂纖維在石墨化后仍保持著原來的骨架結(jié)構(gòu)，因而玻碳復(fù)雜的體相結(jié)構(gòu)由石墨化的條帶束交織纏繞組成，和值

14、均在納米尺度【】。其密度為低于高序熱解石墨，說明體相中約有的空間被孔穴所占據(jù)【，】。液體和氣體無法滲入電極內(nèi)部，說明孔的尺度極小，且不連通【，】。與其它碳電極一樣，玻碳電極的表面存在各種酸性、中性和堿性的含氧功能性基團(tuán)【，】，但表面的結(jié)構(gòu)仍未能清晰的確定。玻碳電極在應(yīng)用于電化學(xué)研究時，在每次實驗前需要對電極進(jìn)行前處理，以改善其電化學(xué)響應(yīng)信號的重現(xiàn)性【】。多種前處理方法已被采用或探討，包括磨料打磨、激光照射、真空中加熱，、有機(jī)溶劑清洗和電化學(xué)極化等等方法。目前，世界上幾乎所有的實驗室，對玻碳電極最常采用的前處理程序都是先在磨料漿中打磨電極，隨后在超聲水浴中清洗。盡管打磨處理方法最為簡單，但打磨后

15、電極的電化學(xué)重現(xiàn)性在一定程度上并不盡如人意，同時還存在靈敏度不高、電子傳導(dǎo)速率低等缺點【】。研究認(rèn)為這可能與粉和打磨過程中產(chǎn)生的石墨化碎片殘留在電極表面有關(guān)【】。因此，在一些對重現(xiàn)性、靈敏度和電子傳導(dǎo)要求較高的實驗研究中，尤其在是電分析檢測研究中，僅對玻碳電極采取打磨處理己不能滿足實驗的高要求，必需采用進(jìn)一步“第一章緒論的前處理方法來改善電極的性能。玻碳電極的電化學(xué)活化在所有前處理方法中，電化學(xué)極化活化是一種操作簡單、快速、實際可行的前處理方法，并且電化學(xué)的方法本身也具有高重現(xiàn)性【】。玻碳電極經(jīng)電化學(xué)活化后，不僅電化學(xué)響應(yīng)的重現(xiàn)性得以極大地改善，同時，靈敏度和電子傳導(dǎo)等性質(zhì)也得以極大地提高，而

16、且表現(xiàn)出增強(qiáng)的吸附等一些新性質(zhì)【，。電化學(xué)活化后的電極表面通常能滿足電分析實驗所需的各種高要求。各種有效的電化學(xué)活化方法均采用一個較高的陽極極化電位，在氧化極化過程中，電極表面的一部分碳以被除去【】。電化學(xué)活化對打磨的電極表面的影響不僅是除去了殘留的舢粉末和石墨碎片，而且可能改變了表面的本質(zhì)結(jié)構(gòu)【，。表面新結(jié)構(gòu)的形成和性質(zhì)與電化學(xué)活化所采用的具體條件和過程步驟有著不可分割的聯(lián)系。另一方面，在一些采用玻碳電極的文獻(xiàn)報道中，盡管實驗前未刻意對電極進(jìn)行電化學(xué)活化處理，但實驗過程中往往涉及到一個較高的陽極電位，因此，隨后的研究實際上是在已發(fā)生變化的電極表面上進(jìn)行。電化學(xué)活化既可在酸性或中性溶液中，也可

17、在堿性溶液中進(jìn)行，采用不同的活化溶液將導(dǎo)致不同的電極表面。在堿性溶液中活化后，電極的背景電流和表面含氧比例均變?。ɑ蚪醪蛔儯尽?，相反，在酸性或中性溶液中活化后兩者都顯著地增大，?；谶@樣的實驗觀察，文獻(xiàn)報道曾推鋇，堿性溶液中活化的電極表面是一個接近氧化單層的表面，而在酸性或中性溶液中活化后的電極表面存在一個多孔的氧化多層膜。多種實驗方法被用來表征活化電極表面。拉曼光譜（）調(diào)查發(fā)現(xiàn)活化增加了面的比例和微晶的缺陷，也就是說，活化顯著地增加了那些位于面邊端的碳原子（面的碳原子）的數(shù)量比例【】。射線光電子能譜（，）分析結(jié)果顯示：打磨的電極表面和在堿性溶液中活化的電極表面含有相似的氧碳元素比，兩者均

18、低于，而在酸性溶液中活化后所產(chǎn)生的多孔氧化膜內(nèi)，氧碳元素比例高達(dá)以。高分辨（）揭示大部分的氧以酚基和醇基的形式存在，小部份以羰基和羧基的形式存在，】。這些含氧功能性基團(tuán)廈門大學(xué)碩士學(xué)位論文的增加也相應(yīng)地增加了電極表面的親水性【】。動力學(xué)研究表明活化電極的電子傳導(dǎo)性質(zhì)的改善可能與表面的親水性【】、清潔度【】、含氧基團(tuán)【】和面的增加【】，以及新的表面結(jié)構(gòu)【】等因素相關(guān)，但詳細(xì)情況仍不明確。通常，電化學(xué)活化可采用恒電位和循環(huán)掃描兩種不同的方法。恒電位法的過程是先將電極在高氧化電位（一般大于）下極化，隨后在負(fù)電位（一（）（）圖（）打磨的玻碳表面和（）在中，并經(jīng)活化秒后的玻碳表面的圉】般小于）下還原；循

19、環(huán)掃描法是將電極在一個高氧化電位和一個還原電位之間循環(huán)掃描【，。橢圓偏光法（）研究顯示，當(dāng)電極在硫酸溶液中，在到的電位區(qū)間內(nèi)循環(huán)掃描時，表面氧化層以每個循環(huán)的速度持續(xù)地增厚直至，膜的孔率始終保持在；而采用在恒電位活化得到的膜的孔率，隨氧化時間的延長，從增加到，。光的干涉影響使膜顯現(xiàn)出不同的顏色【】。在電子掃描顯微（，圖像中，活化前后的電極表面并沒有顯著的不同，這說明活化并未改變表面原有的主要骨架結(jié)構(gòu)，同時也說明活化在表面造成的變化在技術(shù)所能檢測到的尺度之外【】。同樣的情況可見于原子力掃描顯微（，刪圖像技術(shù)【】。因此，和不是研究玻碳表面結(jié)構(gòu)的有效方法。掃描隧道顯微技術(shù)（，）能夠在納米尺度較為清晰

20、地圖顯出活化在表面留下的印跡，如圖，在中，第一章緒論電極表面經(jīng)下恒電位活化秒后，微晶尺寸由平均減小為，新出現(xiàn)的孔穴大小約為左右【】。等人通過（）物理吸附方法檢測了膜的性質(zhì)，證明恒電位活化導(dǎo)致電極表面產(chǎn)生微孔結(jié)構(gòu)，孔的平均直徑應(yīng)為。等人通過結(jié)合不同尺寸的電活性分子吸附等方法，進(jìn)一步證明了電化學(xué)活化產(chǎn)生的孔的大小取決于具體采用的活化步驟和過程，恒電位活化法同時制備出大小兩種尺度的微孔，而循環(huán)活化法產(chǎn)生的微孔孔徑介于前兩者之間】。在堿性溶液中活化后，玻碳電極的吸附性能并未能觀測到增強(qiáng)【】。相反，在中性和酸性溶液中活化后，電極表面吸附性能明顯提高【】。一些在打磨的電極表面不發(fā)生或僅發(fā)生弱吸附的芳香性有

21、機(jī)分子和陽離子，如多巴胺【】、硝基苯【】、，三羥基苯，、二茂鐵和有機(jī)苯醌類等，變得能有效地吸附在活化的玻碳電極表面【】。同時，一些無機(jī)陽離子和帶正電荷的絡(luò)合物，如堿金屬離子、堿土金屬離子、“、“、（）、（）“、（）等等【】，在活化電極表面均可發(fā)生增強(qiáng)的吸附】。吸附的數(shù)量與表面含氧基團(tuán)和雙電層電容成正匕，】。各種物種在活化電極表面的吸附不盡相同，（）“的吸附屬于吸附類型【】，而，一三羥基苯的吸附遵循吸附規(guī)律【】。文獻(xiàn)報道中，基于各自不同的活化方法和實驗結(jié)果，許多不同的吸附反應(yīng)分別被提出。等人認(rèn)為（）的吸附源自于（）“中的芳香性部分與電極表面存在的電子之間發(fā)生的相互作用。等人則認(rèn)為靜電吸引是金屬陽

22、離子在活化表面吸附的原動力。在文獻(xiàn)報道中，氧化膜因此被認(rèn)為具有陽離子交換膜的性質(zhì)，。近年來，在通過對一系列苯醌類衍生物、金屬離子的吸附，以及各種不同的吸附物種間的相互影響進(jìn)行了系統(tǒng)研究后，等人認(rèn)為在酸性溶液中采用不同的電化學(xué)活化方法將導(dǎo)致電極表現(xiàn)出變化的吸附性質(zhì)，這與活化產(chǎn)生的微孔的孔徑變化和被吸附分子的大小都有關(guān)系，。具體來講，在恒電位活化產(chǎn)生的大孔內(nèi)存在和兩個不同的性質(zhì)的晶面，有機(jī)大分子按分子極性的不同分別地優(yōu)先選擇吸附在兩個晶面上，吸脫附是可逆的過程，涉及親脂、色散、靜電和極化等反應(yīng)類型；而金屬陽離子小分子主要吸附在小的微孔內(nèi)，涉及靜電吸引和親脂反應(yīng)，這與微孔內(nèi)特殊的微觀環(huán)境有關(guān)【】。在

23、循環(huán)活化產(chǎn)生的微孔內(nèi)，金廈門大學(xué)碩士學(xué)位論文屬陽離子和各種有機(jī)分子均可發(fā)生吸附，對于這種微孔所發(fā)生的吸附反應(yīng)可從超分子絡(luò)合反應(yīng)的角度來理解，在一定程度上，與杯芳烴和環(huán)糊精的超分子絡(luò)合反應(yīng)相似，】。在酸性溶液中活化的玻碳電極的吸附性質(zhì)，已被廣泛地用于電分析檢測金屬離子、生物和藥物分子，。過去在玻碳電極的電化學(xué)活化研究中，不同的活化條件對電極表面所產(chǎn)生的不同影響并未能受到足夠的重視，相關(guān)認(rèn)識仍不夠詳細(xì)。因此，采用不同的溶液和不同的電化學(xué)方法，對電極表面的電化學(xué)活性點的種類、尺度大小、結(jié)構(gòu)以及分布的影響，尚需深入系統(tǒng)地探究。同時，也需進(jìn)一步地拓展采用不同活化條件獲得的活化電極在電分析研究中的應(yīng)用。本

24、論文的主要內(nèi)容和研究主線在電化學(xué)研究中，玻碳電極是最為常用的電極。系統(tǒng)詳細(xì)地了解電化學(xué)活化玻碳電極的表面結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，是正確理解基于玻碳電極的電化學(xué)過程，進(jìn)一步拓展玻碳電極的應(yīng)用極其重要的前提。本論文的研究目標(biāo)是系統(tǒng)詳細(xì)地了解電化學(xué)活化玻碳電極的表面結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性質(zhì)的內(nèi)在關(guān)系。擬著重研究的主要內(nèi)容包括：不同的溶液和不同的電化學(xué)活化方法，對電極表面的電化學(xué)活性點的種類、尺度大小、結(jié)構(gòu)以及分布的影響規(guī)律，拓展各種不同的活化方法獲得的電極表面在電分析和生物電化學(xué)研究中的應(yīng)用。由于電化學(xué)活化在玻碳電極表面產(chǎn)生的實際變化在納米尺度，過去的研究均采用的可溶性的電化學(xué)探針分子方法來表征活化電極表面，但可溶性物種的擴(kuò)散層厚度通常在微米數(shù)量級，因而不能有效地反應(yīng)出不同活化電極之間的差異。在本論文的第三章中，金屬銅的沉積溶解反應(yīng)被用作電化學(xué)活性分子探針，通過金屬銅的早期成核和氯離子對沉積銅的溶解過程的影響，表征電極表面的電化學(xué)電子傳導(dǎo)點在納米尺度內(nèi)的變化；采用酸性和堿性兩種活化溶液，分別以恒電位和循環(huán)伏安掃描兩種不同的電化學(xué)活化方法，獲得四種不同的活化電極表面；通過與表面結(jié)構(gòu)明確的高序熱解石墨電極對比，并結(jié)合圖像技術(shù)，研究不同的活化條件和步驟對電極表面的電化學(xué)活性點的分布、尺度大小和結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律。第一章緒論