波譜技術(shù)和納米電化學(xué)

Outline:

1.Spectroscopictechniques (光譜或波譜技術(shù)）

2.Nano-electrochemistry (納米電化學(xué)）

GeneralBooks:1*A.J.BardandL.R.Faulkner,Electrochemicalmethods,fundamentalsandapplications,Wiley,NewYork,1980(2ndEdition,2001)2*C.M.A.BrettandA.M.O.Brett,Electrochemistry,Principles,Methods,andApplications,Oxford,19933*SouthamptonElectrochemistryGroup,NewInstrumentalMethodsinElectrochemistry,Ellis

Horwood,Chichester,19854光譜電化學(xué)方法－理論與應(yīng)用，謝遠(yuǎn)武、董紹俊。吉林科學(xué)技術(shù)出版社，19935電化學(xué)中的光學(xué)方法，林仲華，葉思宇，黃明東，沈培康，北京，科學(xué)出版社，19906ElectrochemistryofNanomaterials,EditedbyGaryHodes,Wiley-VCH,NewYork,2001PartOne(第一部分)Part1Spectroscopictechniques(光譜或波譜技術(shù)）

1.1 Introduction1.2 Definition1.3 Examples1.1 Introduction(導(dǎo)言) 電分析化學(xué)在60年代末期基本上停止不前，極譜學(xué)的研究已經(jīng)達(dá)到其最高峰。隨著其它分析化學(xué)技術(shù)的發(fā)展，極譜學(xué)越來越不重要。光譜電化學(xué)及微電極的出現(xiàn)重新使電化學(xué)及電分析化學(xué)獲得新生！T.Kuwanain1964,M.Fleischmann,A.Bewicketal:1970sto1980s,insitu光譜、波譜電化學(xué)M.Fleischmann,M.Wightmanetal:ultramicroelectrodes1970s-1980s1.2 Definition60年代初，美國著名電化學(xué)家R.N.Adams教授在指導(dǎo)他的研究生T.Kuwana進(jìn)行鄰二苯胺衍生物電氧化時(shí)，觀察到電極反應(yīng)伴隨有顏色的變化，他提出了這樣的設(shè)想：“能不能設(shè)計(jì)出一種能看穿的電極，以光譜的方法來識(shí)別所形成的有色物質(zhì)呢？”。這個(gè)創(chuàng)新思想終于在1964年由Kuwana實(shí)現(xiàn)了。他們第一次使用的光透電極（OTE）是在玻璃板上鍍了一薄層摻雜Sb的SnO2玻璃（Nesa玻璃）。光譜電化學(xué)從此得到了迅速發(fā)展，已成為電化學(xué)的一個(gè)重要分支。它是各種波譜技術(shù)和電化學(xué)方法相結(jié)合，在同一個(gè)電解池內(nèi)同時(shí)進(jìn)行測(cè)量的方法。其特點(diǎn)是同時(shí)具有電化學(xué)和波譜學(xué)二者的特性，可以在電極反應(yīng)過程中獲得多種有用的信息，對(duì)于研究電極過程機(jī)理、電極表面特性，檢測(cè)反應(yīng)中間體、瞬間狀態(tài)和產(chǎn)物性質(zhì)，測(cè)定式量電位、電子轉(zhuǎn)移數(shù)，電極反應(yīng)速率常數(shù)和擴(kuò)散系數(shù)等，提供了非常用力的研究手段。1.2 Definition光譜電化學(xué)方法可分為非現(xiàn)場型（exsitu）和現(xiàn)場型（insitu）。前者是在電解池之外考察電極的方法，大多數(shù)涉及到高真空表面技術(shù)如低能電子衍射、Auger能譜、X射線衍射、光電子能譜等，但是這些方法不能滿足電化學(xué)機(jī)理的研究的需要。只有在電解池中，在電極反應(yīng)操作的同時(shí)對(duì)電解池內(nèi)部，特別是對(duì)電極/溶液界面狀態(tài)和過程進(jìn)行觀測(cè)的方法稱為現(xiàn)場法，如現(xiàn)場紅外光譜、Raman光譜、熒光光譜、偏振光譜、紫外可見光譜、順磁共振譜、光熱和光聲光譜、園二色光譜等。光譜電化學(xué)按光的入射方式可分為投射法、反射法和平行入射法圖1.1各種光譜電化學(xué)方法原理圖(a)、(b)透射法，(c)內(nèi)反射法，(d)外反射法，(e)、(f)平行入射法圖1.2透射光譜電化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置圖1.3采用在SnO2OTE電極上產(chǎn)生甲基紫精自由基電量滴定細(xì)胞色素c和細(xì)胞色素c氧化酶。在每通過5x10-9當(dāng)量的電量后記錄的每個(gè)光譜圖。表1.1各種表面技術(shù)基于測(cè)量光子、電子或離子輻射樣品后荷電粒子(電子和離子)的表面分析技術(shù)已發(fā)展成為表征材料和微電子器件的強(qiáng)大工具。下圖顯示了這類技術(shù)的基本原理。需要重點(diǎn)考慮的是輻射斑點(diǎn)的大小(它決定該技術(shù)的空間分辨率)，靈敏度(檢測(cè)量下限)以及取樣區(qū)的深度。圖1.4高真空表面技術(shù)的基本原理示意圖輻射源檢測(cè)器激發(fā)束檢測(cè)束圖1.5幾種表面技術(shù)的測(cè)量極限、取樣深度及光斑大小的比較。PartTwo(第二部分)Nano-electrochemistry(納米電化學(xué)）

在1－100nm尺寸下的各種研究稱為納米科技，采用電化學(xué)方法研究物質(zhì)在此尺寸下的行為稱為納米電化學(xué)納米電化學(xué)是目前電化學(xué)領(lǐng)域最時(shí)髦的研究課題之一它的發(fā)展與如下幾個(gè)方面有關(guān)：（1）1980s開始的電極表面的自組裝(SAMs)（2）1980s超分子概念（Superamolecular）（3）1980s發(fā)明的SPM(STM,AFM和SECM等）（4）1980sC60和1990s碳納米管的發(fā)現(xiàn)圖2.1TheSEMdiagramsofNano-andMicropipettesMicropipettesNanopipettes我們group可以制備內(nèi)徑從幾個(gè)nm到十幾個(gè)m的玻璃納、微米管sizeBiologicalSystemORGANISMTISSUESCELLSAMINOACIDSH2O,CO2

PROTEINSPOLYPEPIDE

MEMBRANEENZYMECellprobeIntroductionofCarbonNanotubeIn1991,S.Iijimadiscoveredcarbonnanotubes(multi-walledcarbonnanotubes

MWNTs).

In1993,single-walledcarbonnanotubes(SWNTs)werefound.M.S.Dresselhausetal.TopicsAppl.Phys.80,391-425(2001)F.Balavoineetal.Angew.Chem.Int.Ed.1999,38,No.13/14,1912-1915CarbonNanotubesasElectrochemicalsensors

M.S.Dresselhausetal.TopicsAppl.Phys.80,391-425(2001)CarbonNanotubesasNanoprobesJ.H.Hafner,C.L.Cheung,A.T.Woolley,C.M.Lieber

ProgressinBiophysics&MolecularBiology2001,77,73-110Ferritin(pI4.6)-modifiedoxidizedSWNT,Scalebar150nmFerritinmodifiedvacuumannealedSWNTs,Scalebar300nmVoltammetricresponseofaGOX-SWNT-modifiedGCelectrodeintheabsence(red)andpresence(blue)of0.5mMFMCA.Thecatalyticresponse(green)isobservedontheadditionof50mMgl