电化学修饰电极(1).doc

化学修饰电极卜化学修饰电极简介卜化学修饰电极的制备►常见的化学修饰电极化学修饰电极(CMES)简介化学修饰电极是20世纪70年代中期发展起来的一门新 兴的、也是目前最活跃的电化学和电分析化学的前沿领域o化学修饰电极是在电极表面进行分子设计，将具有优 良化学性质的分子、离子、聚合物以化学薄膜的形式排列 在电极表面上，将修饰试剂的电化学行为赋予被修饰的电 极表面，从而改变了其表面性质，使电化学电极有较高选 择性、灵敏度或稳定性以满足许多电分析问题的要求并 构成了新的分析应用以及不同的传感器的基础化学修饰电极扩展了电化学的研究领域，目前已应用 于生命、环境、能源、分析、电子以及材料学等诸多方面 基于微结构的性质，电极上的修饰层可分为三种类型：修 饰单层，修饰均相复层，修饰有粒界的厚层化学修饰电极的制备化学修饰电极的制备是化学修饰电极得以开展研究的关 键性步骤修饰方法的设计合理性与否、操作步骤及优劣程 度对化学修饰电极的活性、稳定性和重现性有直接影响，因 此是化学修饰电极研究和应用的基础目前已经发展的制备化学修饰电极的方法主要有滴涂法 、共价键合法、电化学法、吸附法和掺杂法等目前人们研 究得比较多的是滴涂法、共价键合法和电化学法这三种方法 ,下面对这三种制备方法的研究进展进行论述。

滴涂法滴涂法是将溶解在适当溶剂中的聚合物或者纳米材料滴 加或涂覆于电极表面，待溶剂蒸发干固后，生成涂膜结 合在电极表面从而达到化学修饰的目的具体方法为：(A) 将电极浸入修饰液中，取出后使附着于电极表面的溶 液干固成膜；(B) 用微量注射器把一定已知量的修饰液注射到电极表面，然后于固成膜；(C) 电极在修饰液中旋转，使其溶液附着于电极表面，然 后干固成膜该方法主要用于制备Nafion或者碳纳米管修饰电极优缺点:该方法操作简单且直接但是，用滴涂法制备的修饰电极会因为溶剂的挥 发而导致薄膜的厚度不均匀，并且重现性较差共价键合法共价键合法是对电极表面进行预处理，以引入键 合基，然后进行表面有机合成，通过化学键合反 应将预定官能团修饰到电极表面采用这种方法 制备的修饰电极具有分子识别功能和选择性响应 ,并且稳定性很咼电化学法包括以下三种：►电化学沉积法是一种将电极置于含有一定修饰材料 的电解液中，采用恒电流或恒电位进行沉积而制备 出修饰电极的方法►电化学聚合法则是一种利用电化学氧化还原引发,使电活性的单体就地在电极表面发生聚合，生成聚合物膜而达到修饰目的的方法这类电活性单体大多含有乙烯基、轻基和氨基的芳香化合物以及杂环 、稠环多核碳氢化合物和冠醴类化合物等。

这种方 法主要被用来制备各种聚合物修饰电极►电化学氧化法是利用电化学氧化作用使反应物在电极表面生成特定的产物，该产物最终通过吸附、组装或共价键合等作用修饰电极表面，从而制备化学修饰电极的一种方法用该方法制备修饰电极的报道还不是很多自组装单层膜卜基于金与硫强的相互作用，硫基化合物可在金表面上自发形成单层膜[X(CH2)nSH,n>10],#能够很好地操控界面上的反应性这种单层膜通常是将金电极浸泡在含有毫摩尔硫醇的乙醇溶液中隔 夜后而获得形成自组装的有机硫化物单层膜( SAMs),由于它在许多科学与技术领域里的潜 在应用，自20世纪80年代末就已经受到广泛的关注除了它的在单层膜结构和长程电子转移研究 应用外，还有在化学传感器和生物传感器方面的 应用，以及信息储存装置和平板印刷等中的应用► S-H键的清除是单层膜形成的关键:RSH+Au —RS-Au+e—+ H+烷基间的范德华力决定了单层膜的定向通 过这样的自组装过程形成了结构完美的单层膜， 碳氢链相互平行，以约30斜立于电极的表面上 如下图：这是一个紧 密堆积的无针孔 的膜（表面覆盖 率约为9X10 - 10mol/cm2）并阻 碍组分向电极表 面的传质。

金基底上自组装膜的形成堆积和有序受到许多因素的影响，如碳链长度、端基、溶剂、浸泡时间或基底形貌随链长的减小（n<10）,堆积密度和覆盖率降低，无序度增加 O这样的以及其他的结构无序性和结构欠缺（例如 针孔），常常导致性能降低由烷基硫醇混合物形 成的共组装单层膜能够在膜的构架上获得膜的组成 上和形貌上的变化根据共组装的两种硫醇的差别,能够选择性地除去其中的一个组分（例如通过还性解吸）碳纳米管修饰电极碳纳米管(Carbonnano-tubes, CNTs)是一种结构中空的纳米材料，具有密度小、强度高、长径比大、比表面积大、高温稳定而不易与金属发生反应、电导率和热导率高、热膨胀系数低、耐强酸强碱和咼温氧化等特性O碳纳米管自1991年发现以来，以其独特的管状几何形状，优异的物理化学性能、力学性能和稳 定结构成为极具应用潜力的一维纳米材料，很适合 于制备纳米尺度的复合材料，在提高复合材料的力 学性能方面已显示出巨大的潜力碳纳米管的分类:单壁碳纳米管(SWN Ts)由单层石墨片同轴卷 绕构成，其侧面由碳原子 六边形排列组成，两端由 碳原子的五边形封顶管径一般从10〜20 nm,长度一般可达数十微米，甚至长达20 cm单壁碳纳米管多壁碳纳米管 (MWNTs)-般由几层 到几十层石墨片同轴 卷绕构成，层间间距 为0.34 nm左右，其 典型的直径和长度分 别为2 ~ 30 nm和 0.1 ~50|jm多壁碳纳米管多壁碳纳米管作为分子导线实现基础电极 与氧化还原蛋白质间的 通信（共价键合到SWCNT 的一端）"CT卜“iff»»・"* b T・“F4 J> •"鸿 ■fMM 斡匚十冷•H44MMil＞啊®»纳碳纳米管的应用：♦电化学器件♦氢气存储♦场发射装置♦碳纳米管场效应晶体管♦催化剂载体♦碳纳米管修饰电极溶胶-凝胶包埋溶胶-凝胶是一种很好的物理包埋剂，如硅溶胶-凝胶可形成三维网络结构，具有较好的生物相容性,可包埋热稳定性和化学稳定性差的酶分子，保持有足够的自由活动空间且不从网络中流出,从而提高传感器的使用寿命。

溶胶凝胶复合电极除了捕获修饰剂的能力之外，也改进了材料的物理性能电催化修饰电极通常希望的氧化还原反应在裸电极上的电子转移步骤的动力学时很慢的，因此只有在电为足 够高的时候有明显的氧化还原速率这样的反应 能够通过覆着在电极表面上的电子转移媒介物来 催化电催化反应在电化学中起到了中心作用, 在传感和能源相关的应用中起到了关键性作用均相溶液中的反应动力学知识常用来描述表面催化剂 媒介物的功能是促进被分析物与电极间的电荷转移 在大多数情况下，媒介物反应序列（即对于一个还原过 程）可描述为：MOx+ne--MRedMRed+ AOx—MOx +ARed式中，M代表媒介质；A代表被分析物质►于是，电子转移在电极的 质之间发生，没有发生直接的电极与被分析物质间的电子转移催化剂的活性是电化学产生的活性净的结果是电子在降低了过电位下进行传递并引起了电流密度的增加电催化过程的效率也依赖于键合氧化还原活性基与电极表面的的实际距离（由于电子传递速率随电子的隧道距离的增加而呈指数地减少）O选择性渗透涂层选择性渗透涂层是通过从电极表面上排除不希望的基体组分，而允许目标被分析物质传输来实现的，根据不同的机理控制物质对电极表面的接近。

包括空间排阻的聚（1,2-二苯胺）膜，电荷排阻的 离子化的聚四氟乙烯涂层，疏水脂膜，或烷基硫醇 层，或双功能的（混合物）涂层这样的抗干扰障 碍膜提供了有效的分离步骤（在表面上），并阻止 空严大分子的吸附以及减小不希望电活性组分的w逼亘・t r*rt・曲•廉的Nl利连討响用mu L 14 § Mitt (聚（b 2-二苯胺）涂层电极对不同选择性渗透涂层的流动注射响应使用荷负电的聚合物膜排除阴离子的干扰导电聚合物导电聚合物又称导电高分子，是指通过掺杂等 手段，能使得电导率在半导体和导体范围内的聚合 物通常指本征导电聚合物，这一类聚合物主链上 含有交替的单键和双键，从而形成了大的共觇TT体 系TT电子的流动产生了导电的可能性常见的导电聚合物有：聚乙快、聚嚎吩、聚 毗咯、聚苯胺、聚苯撑、聚苯撑乙烯和聚双快等性能：> 1、导电聚合物不仅具有较高的电导率，而且具有 光导电性质、非线性光学性质、发光和磁性能等， 它的柔韧性好，生产成本低，能效高故导电聚合 物不仅在工业生产和军工方面具有广阔的应用前景 ,而且在日常生活和民用方面都具有极大的应用价 值此可以孜电的二次电池和电极材料O2、导电聚合物具有掺杂和脱掺杂特性、较高的 室温电导率、较大的比表面积和比重轻等特点，因应用:♦可用作电致变色显示材料和器件♦可用于电磁屏蔽♦作为传感器的感应材料♦用来制作二极管、晶体管和相关电子器件♦用作信息处理谢谢指导。