自组装单分子膜的动力学过程研究

论文摘要

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有重要意义。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。巯基类化合物与金电极表面容易通过形成S-Au键而发生吸附,从而改变自组装膜的结构和性质,因此在电分析化学中有着广泛的应用。卟啉类化合物具有优异的光电性质,卟啉及其金属化合物已在催化、分子识别、光电转换、记忆材料以及医学等领域得到广泛的研究和应用。卟啉类化合物广泛存在于生物体中并在光合作用以及其它生命活动中扮演重要角色,在光合作用的电子转移过程以及许多酶的的蛋白质的呼吸过程中,卟啉类化合物都起着传递电子的重要作用。在医学领域,席夫碱具有抑菌、杀菌、抗肿瘤、抗病毒的生物活性;在催化学领域,席夫碱作为良好配体,可以用来鉴别、鉴定金属离子和定量分析金属离子的含量;在光致变色领域,某些含有特性基团的席夫碱也具有独特的应用。有关席夫碱方面的报道比较多,但主要是在合成、表征方面。本论文选择卟啉类化合物和希夫碱分别与金电极形成单分子膜并研究了二者的动力学过程。由于SECM（扫描电化学显微镜）的探针半径小,本论文还探索了一种用SECM设置中的探针检测水中汞离子的方法,该方法简便,成本低,灵敏度较高(10-10mol·l-1)。本论文包含了以下四部分:一、对自组装膜的研究概况如研究进展、结构及形成机理、研究方法、自组装膜在各领域的应用作了综述,且专门对卟啉自组装膜电化学和schiff碱的电化学研究进展做了阐述,探讨了现阶段检测汞离子的意义及研究现状。二、利用SECM（扫描电化学显微镜）在稳态环境下可消除双电层电荷和其它的干扰影响的优势,本文选择SECM作为研究工具在对一系列的链长的卟啉化合物与探针分子的双分子反应的研究基础上,着重分析了在卟啉分子中间插入金属钴对卟啉的电子转移能力的影响。三、利用电化学方法的简单、信息量大、灵敏度高的优点,旨在研究席夫碱自组装膜的电子转移动力学及机制、吸附过程、离子对以及分子间的相互作用的影响等。四、采用由铂微电极和参比电极组成的双电极系统,简化了实验设计,并且帮助减弱了杂散和铜离子的干扰。此方法铜离子的干扰可以基本忽略、灵敏度高、曲线相关性较好、精密度较高、检测过程简单。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 自组装膜的研究概况
• 1.1.1 自组装膜的结构和特点
• 1.1.2 自组装膜的形成机理
• 1.1.3 自组装膜的研究方法
• 1.1.4 自组装膜在电分析化学中的应用
• 1.2 卟啉自组装膜电化学
• 1.2.1 卟啉自组装膜在电分析化学中的应用
• 1.2.1.1 卟啉自组装膜在长程电子转移中的应用
• 1.2.1.2 卟啉链长对长程电子转移的影响
• 1.2.1.3 电活性中心的微环境对长程电子转移的影响
• 1.2.1.4 膜表面分子的设计和状态对长程电子转移的影响
• 1.2.1.5 卟啉自组装膜在还原氧分子过程中的电催化作用
• 1.3 希夫碱的电化学
• 1.3.1 希夫碱在医药方面的应用
• 1.3.2 希夫碱在催化领域和分析化学中的应用
• 1.3.3 希夫碱在光致变色领域中的应用
• 1.4 检测水中痕量汞离子
• 1.4.1 汞污染对人体健康的危害
• 1.4.2 检测汞离子的研究进展
• 1.5 本论文的工作思路
• 参考文献
• 第二章 基于卟啉自组装单分子膜长程电子转移过程动力学的 SECM 研究
• 2.1 前言
• 2.1.1 卟啉自组装膜的研究进展
• 2.1.2.电子转移过程研究进展
• 2.2 实验过程
• 2.2.1 仪器和试剂
• 2.2.2 巯基卟啉SAMs 的制备过程及表征
• 2.2.3 电化学实验
• 2.3 卟啉及钴卟啉单分子膜双分子反应动力学过程研究
• 2.3.1 自组装膜相关的电子转移理论
• 2.3.2 巯基卟啉分子的动力学过程研究
• 2.3.3 巯基钴卟啉分子动力学过程研究
• 2.4 结论
• 参考文献
• 第三章 希夫碱化合物自组装膜的动力学研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验试剂和仪器
• 3.2.2 实验方法
• 3.2.2.1 化合物的合成
• 3.2.2.2 自组装膜的电化学测定
• 3.2.2.3 化合物1 的电化学测定
• 3.2.2.4 化合物2 的自组装过程研究
• 3.2.2.5 化合物2 自组装膜的电化学行为
• 3.3 结论
• 参考文献
• 第四章 用铂超微电极阳极溶出伏安法检测水中痕量汞离子
• 4.1 引言
• 4.2 实验过程
• 4.2.1 使用的仪器与试剂
• 4.2.2 电极的制备与处理
• 4.2.3 实验步骤
• 4.2.3.1 检测汞离子
• 4.2.3.2 检测铜离子
• 4.2.3.3 铜离子的干扰实验
• 4.2.3.4 测试
• 4.3 结论
• 参考文献
• 在读硕士期间发表的论文
• 致谢