电化学表面等离子体激元共振技术（EC-SPR）的应用

论文摘要

电化学-表面等离子体激元共振（Electrochemical Surface Plasmon Resonance, EC-SPR）技术是将电化学方法与表面等离子体激元共振技术联用的一种新方法。用于产生表面等离子体的金属膜作为电化学研究中的工作电极,在同一条件下进行现场原位电化学和SPR测试,同时获得关于电化学和光学方面丰富全面的信息。EC-SPR作为一种新的表面分析手段,已经应用于金属离子的痕量检测、离子的掺杂／去掺杂、分子的吸附/脱附过程、纳米薄膜动力学和性质研究及构建电化学生物传感器等领域。本论文采用差分方法对SPR共振角（）进行处理,获得的时间（t）差分数据d-dt（表示SPR共振角的变化速率）,由此建立SPR信号响应与电化学电流的联系,进一步拓展EC-SPR的应用领域。具体研究工作包括：（1）采用时间差分EC-SPR和EQCM方法系统研究了FcC11SH自组装膜氧化过程的构型变化机制。通过比较不同电位扫描速率下d△θ/dt-E、dAf/dt-E与线性伏安氧化电流的对应关系,发现：二茂铁硫醇自组装膜氧化过程中,烷基链远离电极表面是个快速步骤,Cp环的围绕烷基链的翻转是个慢速步骤。伴随构型变化的自组装膜水化过程,无论是膜表面水化还是膜内水化,都是快速步骤。（2）采用差分EC-SPR方法研究了Hg2+在多晶金膜上的氧化还原过程和合金化过程。通过比较循环伏安电流与d△θ/dt峰电位的关系,揭示了Hg2+在金表面氧化还原过程中的物质变化。此外,利用理论计算和数据模拟,比较恒电位沉积过程中△θ实验值和模拟值,得出汞电化学沉积过程中汞原子在合金中和单相中的实时分配情况,实现了对汞金合金化过程动力学研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 SPR的发展历史
• 1.2 SPR的基本原理
• 1.2.1 金属表面等离子体的振动
• 1.2.2 SPR现象的产生
• 1.2.3 SPR光学耦合方式
• 1.2.4 SPR仪器的基本结构
• 1.2.5 SPR检测原理
• 1.2.6 SPR技术的应用及特点
• 1.3 EC-SPR的原理
• 1.4 EC-SPR的应用及进展
• 1.5 选题意义
• 第二章 研究二茂铁硫醇自组装膜氧化构型变化机制
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验试剂及材料
• 2.2.2 实验仪器
• 2.2.3 金膜的制备
• 11SH自组装膜的制备'>2.2.4 MUA和FcC₁₁SH自组装膜的制备
• 11SH自组装膜EC-SPR测试'>2.2.5 MUA和FcC₁₁SH自组装膜EC-SPR测试
• 11SH自组装膜EQCM测试'>2.2.6 MUA和FcC₁₁SH自组装膜EQCM测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 二茂铁硫醇自组装膜氧化过程构型变化机理
• 11SH自组装膜线性伏安图及对应SPR和QCM信号响应'>2.3.2 MUA和FcC₁₁SH自组装膜线性伏安图及对应SPR和QCM信号响应
• 11SH自组装膜线性伏安图及对应的QCM共振频率时间差分图'>2.3.3 FcC₁₁SH自组装膜线性伏安图及对应的QCM共振频率时间差分图
• 11SH自组装膜线性伏安图及对应的SPR共振角时间差分图'>2.3.4 FcC₁₁SH自组装膜线性伏安图及对应的SPR共振角时间差分图
• 2.4 小结
• 第三章 EC-SPR研究金属电化学沉积和合金化过程
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验试剂及材料
• 3.2.2 实验仪器
• 3.2.3 溶液的配制
• 3.3 实验步骤
• 3.4 结果与讨论
• 2+在多晶金膜上的电化学行为和SPR信号图'>3.4.1 Hg²⁺在多晶金膜上的电化学行为和SPR信号图
• 2+在Au上的循环伏安图和SPR时间差分图'>3.4.2 慢电位扫描速率下Hg²⁺在Au上的循环伏安图和SPR时间差分图
• 2+在Au上的循环伏安图和SPR时间差分图'>3.4.3 快电位扫描速率下Hg²⁺在Au上的循环伏安图和SPR时间差分图
• 2+恒电位下电沉积i-t及SPR响应'>3.4.4 Hg²⁺恒电位下电沉积i-t及SPR响应
• 3.3.5 SPR数据模拟金汞合金化过程
• 3.5 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果目录