自组装膜伏安行为的研究及表面活性剂的影响

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自组装膜(self-assembled monolayer,SAM)是膜修饰电极发展的最高形式,对其进行研究和表征将对界面电子转移、生物电催化、分子识别与检测,以及构建生物传感器都具有开拓性的意义。它更为研究表面和界面现象提供了从分子水平上精确控制界面性质的理想方法。表面活性剂能够在自组装膜表面发生吸附,从而改变自组装膜的结构和性质,因此在电化学分析中有较广泛的应用。Gemini表面活性剂是一类新型表面活性剂,它具有许多特点,是目前的研究热点之一。鉴于此,本论文用电活性物质做探针,对Gemini表面活性剂在自组装膜上的吸附情况以及它对自组装膜伏安行为的影响进行了研究,具体内容包括: (1)在不带电荷的十二烷基硫醇修饰金电极(DDT/Au)上,利用铁氰化钾作电化学探针,研究了Gemini表面活性剂的吸附情况。实验发现,由于Gemini表面活性剂在自组装膜表面的吸附作用,使得铁氰化钾在DDT/Au上可产生氧化还原峰。其吸附方式有两种,一种是单个分子插入到膜内,一种是在膜的表面形成第二吸附层。插入作用使得DDT膜产生离子通道,以致Fe(CN)63-/4-能穿过DDT膜而到达裸金电极表面进行反应;而第二吸附层则充当的仅仅是媒介体的作用。Gemini表面活性剂的吸附量与它在溶液中的浓度和其自身结构密切相关。对于分子结构相同而烷基链长度不同的Gemini表面活性剂,它们有如下规律:C8-s-C8>C12-s-C12>C16-s-C16。 (2)用电化学方法研究了金电极上α,ω-芳香族双巯基化合物-2-(4-巯基苯基)-硫醚(TBBT)自组装膜的结构和性质。发现由于S-S键的形成,它在电极表面形成的实际上是单分子和双分子链等的混合自组装膜。该自组装膜对电活性分子亚甲基蓝的电极过程有促进作用。当有表面活性剂存在时,这种作用更加明显。这是因为吸附在TBBT自组装膜表面的表面活性剂增强了膜的疏水性,有利于MB的富集和氧化还原。对含有相同烷基链C16的表面活性剂,其对阳极峰增敏效应的顺序为:C16-ph-C16≈C16-C4-C16>C16-C6-C16>C16-C12-C16>CTAB>C16-C4OH-C16>DCAB;而对含有相同连接基团的Gemini表面活性剂,其规律为:C12-C4OH-C12>C16-C4OH-C16>C8-C4OH-C8。 (3)研究了溶液中的对氨基硫酚(PATP)在金电极表面的电聚合反应。实验发现,它首先通过HS-与Au结合而在电极表面发生吸附,接着在电化学扫描过程中进行聚合;若施加的电位足够正时(如0.8V),PATP在富集过程中就已经被氧化,发生电聚合反应。在HClO4溶液中,PATP的电聚合实际上是两种聚合方式的竞争。聚合过程除了与溶液的酸度密切相关外,介质和表面活性剂对PATP的富集和聚合也有影响。通过这种方式得到的聚PATP膜修饰金电极对Na2S2O3
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