血红蛋白在碳纳米管修饰碳糊电极上的直接电化学行为

利用吸附法将血红蛋白(Hb)固定在碳纳米管修饰碳糊电极表面,制成稳定的固载Hb碳纳米管修饰电极,研究了Hb在碳纳米管修饰电极上的直接电化学行为.固载Hb的碳纳米管修饰电极在pH=7.0的PBS（磷酸盐缓冲溶液）中有一对相当可逆的循环伏安氧化还原峰,为Hb血红素辅基Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)电对的特征峰.式电位为－0.160 V(vs SCE),随扫描速度变化很小.电子转移数为1.021,近似为一个辅基发生电子转移.Hb在碳纳米管修饰电极表面的电子转移常数为0.0816 s－1,远大于亚甲蓝作媒介体时Hb的电子转移反应速率常数.应用于过氧化氢、三氯乙酸和硝基苯等的电催化还原,固定在碳纳米管修饰碳糊电极的血红蛋白表现出稳定且较高的催化活性.     

锌-铟合金电极在浓KOH溶液中的电化学行为

应用动电位扫描,恒流放电等电化学方法研究含铟锌电极的电化学行为.用SEM和EDS观察放电后的Zn-In合金电极表面形貌,初步探讨了不同In含量的锌-铟合金电极在浓KOH溶液中电化学行为及其影响因素.结果表明,与纯锌电极相比,Zn-In合金的电极致钝电流增大,达到钝化的时间缩短,从而明显地提高了该电极的电化学活性.     

抗坏血酸在铂纳米粒子/碳纳米管/聚吡咯复合修饰电极上的电化学行为

研究了抗坏血酸在铂纳米粒子/碳纳米管/聚吡咯复合膜修饰电极上的电化学行为,发现复合修饰电极对抗坏血酸的电化学反应具有较好的电催化作用,与空白电极相比电化学氧化电流增加了7倍。用电化学阻抗谱研究了电子在修饰电极界面上的传输过程,发现修饰电极的电催化性能与修饰电极可以提高界面电子传输能力是相关的。同时研究了碳纳米管用量、支持电解质、扫速、电沉积条件等因素对抗坏血酸在修饰电极上电化学行为的影响。     

典型表面活性剂在玻碳电极上的电化学行为及吸附模式

随着电(分析)化学的发展,表面活性剂在电化学中的应用显得越来越重要,在金属防腐[1-2]、提高电分析测定方法的选择性[3]、电活性物质增敏检测[4-5]等方面扮演着关键角色.要搞清楚相关作用机理,就需要研究表面活性剂本身在电极表面的电化学行为,而这大都与它们在电极表面的吸附有关[6].因此,研究表面活性剂在电极表面的电化学行为及其吸附模式就显得很重要,而相关的研究报导较少.     

不同乙氧基链段的非离子型表面活性剂在电极表面的电化学行为

蛋白质是生命的基础,研究氧化还原蛋白质的直接电化学不仅对模拟生物体系电子传递机理具有重要意义,而且为传感器的构筑提供了理论基础。遗憾的是,蛋白的直接电化学在裸电极上很难实现,许多研究者通过在电极上引入表面活性剂来克服该缺点.值得思考的是为什么在表面活性剂存在下,蛋白与电极之间才能实现直接电化学?甚至促进蛋白与电极之间的电子转移速率?因此研究表面活性剂在电极表面上的形态非常必要.我们主要讨论不同乙氧基单元的表面活性剂与蛋白之间在玻碳电极上的电子转移过程.结果表明不同表面活性剂提供给蛋白不同的微环境.当表面活性剂的乙氧基链长达到最佳值时,该修饰电极能固载更多的蛋白.我们利用紫外光谱法检测蛋白在固载过程中是否变性,同时也对所构筑的修饰电极的电催化性能进行表征.     

单体动态电化学

由于个体的差异性和异质性作用,整体平均测量掩盖了个体的本征性质和电化学性能之间的关联.单体碰撞电化学作为一种强大而方便的电化学方法,已被用于研究超微电极上自由扩散的单个个体随机碰撞过程中的电化学行为.然而,个体的动态行为与其电化学反应过程息息相关.因此,对于单体动态电化学行为的研究可实时获取单体在电极界面上的动态电化学反应信息,也将有助于理解电极界面电荷或电子的动态转移过程.本文重点围绕单体动态电化学行为的研究,通过单个纳米颗粒在电极表面碰撞事件中产生的瞬时电流响应追踪其动态电化学反应过程,进而推广到其他单体动态电化学行为的研究.同时,单体电化学方法结合光学显微成像技术作为高时空分辨的研究手段提供了充分信息全面地反映了单个实体的动态电化学反应动力学过程和反应机制,最后讨论了该领域面临的科学挑战并展望了未来的研究方向.     

生物电化学简介

简单介绍了生物电化学研究领域的概况。包括：生物膜与生物界面模拟研究（ＳＡＭ膜模拟生物膜的电化学、液／液界面模拟生物膜的电化学），用于生命科学的电化学技术（电脉冲基因直接导入、电场加速作物生长、癌症的电化学疗法、电化学控制药物释放、在体研究的电化学方法、生物分子的电化学行为）和电化学生物传感器（酶电极传感器、微生物电极传感器、电化学免疫传感器、组织电极与细胞器电极传感器、电化学ＤＮＡ传感器）。     

基于血红蛋白/纳米金修饰离子液体电极的电化学生物传感器

氧化还原蛋白质在工作电极上的直接电化学对于研究生命体系的电子转移机理,了解生命过程中的氧化还原机理,开发新型电化学生物传感器有着重要的意义~([1]).目前较多的工作是利用各种媒介体、促进剂和纳米材料修饰电极来实现蛋白质的直接电子转移.离子液体修饰电极(CILE)是以离子液体为修饰剂和粘合剂的一种新型化学修饰电极,在生物电分析化学已经应用.本文在CILE表面修饰纳米金用于血红蛋白的固定及其直接电化学行为的研究,取得了较好的结果.     

基于超微电极的原位电化学拉曼光谱

原位电化学拉曼光谱是一种重要的光谱电化学技术.基于超微电极的原位电化学拉曼光谱将拉曼光谱反映的结构信息与电极表面的电化学过程从实验上严格对应和关联,为深刻理解电化学反应机理提供依据.本文综述了采用超微电极作为工作电极的原位电化学拉曼光谱的研究方法和应用进展,总结了应用超微电极作为工作电极开展电化学拉曼光谱实验的方法和具有表面增强拉曼活性的超微电极制备方法,展示了如何利用在超微电极表面获得的拉曼光谱与界面电化学过程的严格关联研究单个锌颗粒电化学氧化过程、吡啶分子在Au电极表面的电化学吸附过程,以及如何利用该技术能以高的信噪比和灵敏度同时测量光电流与分子反应这一特性研究对巯基苯胺选择性光氧化反应.采用超微电极作为工作电极的原位电化学拉曼光谱技术极大拓展了拉曼光谱技术的研究范围,有望成为探索(光)电化学反应的有力工具.     

应用镍超微电极的电化学表面增强拉曼光谱技术研究

镍（Ni）电极在电化学中应用广泛。原位表征Ni电极表面的吸附物种有益于帮助理解电极反应历程、指导发展高效电催化剂。应用超微电极作为工作电极的电化学表面增强拉曼光谱技术结合了超微电极表面的传质特性和分子水平的高灵敏度表征,是研究Ni电化学的有力手段。本文所述的研究工作通过在金（Au）超微电极表面电吸附具有SERS活性的Au纳米粒子并恒电流沉积金属Ni薄层,制备并表征了具有SERS活性的Ni超微电极。在氢氧化钠溶液中的循环伏安实验和以4-甲基苯硫酚分子作为探针分子的SERS实验结果表明,沉积速率和沉积电量是影响超微电极表面Ni的覆盖度和SERS活性的关键因素。在吸附了直径为55 nm Au纳米粒子的、直径为10 μm Au的超微电极表面,以100 μA·cm^-2电流密度电沉积厚度约为5个原子层Ni的条件下,可获得Ni覆盖完好的、具有最强SERS活性的Ni超微电极。     

邻苯二胺、邻氨基酚的电化学聚合及聚合的膜性质

邻苯二胺(ODB), 邻氨基酚(OAP)在酸性水溶液中易电聚合, 可形成致密的聚合膜。聚邻苯二胺(PODB)在PH<4时具有电活性, 其氧化还原反应与电变色效应对应。聚邻苯二胺,聚邻氨基酚(POAP)膜电极电位在pH=4～10范围对pH有Nernst响应, 电极系数分别为59mV/pH和57mV/pH。响应时间小于3分钟。PODB, POAP膜能与Ni~(2+), Co~(2+)过渡金属离子形成稳定的聚合络合膜。此膜在碱性介质中具有稳定的循环伏安行为, 膜中的金属离子可被H~+交换。PODB电极的—NH_2基可再修饰引入醌/氢醌功能团。     

IrO2电极在含有机小分子水溶液中的电化学活性

通过循环伏安（CV）与电化学阻抗谱（EIS）测试研究了Ti基IrO2系活性涂层电极在含甲醇、甲酸及甲醛三种有机小分子的Na2SO4溶液中的电化学活性,其中以电极/溶液界面的双电层电容来表征电极的活性.结果表明,与同浓度H2SO4溶液相比,该电极在Na2SO4溶液中的电化学活性发生明显下降.有机小分子的加入降低了电极的活性表面积.发现有机物能在较宽的电位范围内发生氧化反应,但在该种电极上的电氧化速率较慢.然而,伴随着析氧反应的发生,有机物的氧化也随之加快.     

光致清洁电极可见光在线更新与细胞实时监测

电化学传感器在用于细胞实时监测过程中,电极界面污染严重影响其检测性能.通过将纳米光催化剂与电化学传感材料复合,构建光致清洁电化学传感器,为电极界面的高效及无损更新提供了新思路.然而光催化产生的活性氧自由基导致细胞损伤,限制了细胞培养及检测过程中电极界面的实时更新.为此,我们在PEDOT@CdS/TiO₂/ITO可见光致更新电极表面旋涂明胶薄层,在保持电极良好的光致清洁和电化学传感性能同时,利用明胶薄层阻碍光催化产生的活性氧自由基扩散至细胞表面,显著降低了细胞损伤.此外,明胶优良的生物相容性有利于细胞的黏附及增殖.利用该电极,我们实现了人脐静脉内皮细胞（HUVECs）培养过程中,电极的在线更新以及细胞释放一氧化氮的实时监测.     

钴氰化钠/氯化钠固体溶液微晶体的电化学制备及其特性

钴氰化钠与铁氰化钠结构类似,而其在固/液界面上的电子转移特性却并不显著. 使用扫描电化学显微镜（SECM）构建了fL~pL体积的电化学微体系. 在微体系中溶剂蒸发,电解质则会浓缩结晶. 当电活性物质与支持电解质的晶格参数匹配时,二者可发生共结晶形成固体溶液. 本文采用该方法制得钴氰化钠/氯化钠固体溶液微晶体,结合微加工技术构建了固体电极/固体溶液界面,该钴氰化钠在固体溶液中即有很好的电子转移特性.     

纳米气泡电化学研究进展

纳米气泡广泛存在于许多自然现象和工业生产过程,其自身具有独特的物理化学性质.由于涉及气体反应的纳米电催化及能源转化技术的迅速发展,有关纳米气泡的电化学研究越来越受研究者的关注.针对电极界面纳米气泡的研究不仅有助于实现对气泡行为的调控,指导催化剂电极界面的合理设计以提高电催化效率,也可以从科学上去了解纳米催化剂本征电催化机制与特性,同时还能加深对相变成核这一基本物理化学现象的理解.本文重点综述了电极界面上微纳气泡的电化学研究方法和进展,介绍了基于纳米圆盘电极和电化学池显微镜的单个纳米气泡电化学研究方法,并分析了界面纳米气泡的动态稳定性机制.我们还概括了近年来光学显微术用于电化学产生的微纳气泡的成像研究.最后我们讨论了本领域的主要挑战并展望了未来的发展趋势.     

ss-DNA在纳米金上固载和杂化的电化学传感研究

将2-氨乙基硫醇(AET)固载到玻碳电极(GCE)表面,进而化学吸附纳米金(NG),并在纳米金上固载ss-DNA得到ss-DNA/NG/AET/GCE,以Co(bpy)₃³⁺为电化学指示剂可以识别研究ss-DNA的杂化反应.结果表明,纳米金能使固载其上的ss-DNA发生部分变性而结合Co(bpy)₃³⁺,但用pH7.0的磷酸缓冲液浸泡可基本上避免这种变性,并明显提高杂化反应的识别能力.结合在ds-DNA/NG/AET/GCE上的Co(bpy)₃³⁺的峰电流与扫速的线性关系可保持到80mV/s.与电沉积法固载纳米金相比较,本电极更稳定和可靠.     

钛/活细胞界面原位EIS研究

设计了原位电解池用于生物材料/活细胞界面电化学交流阻抗谱(EIS)的测量, 原位观测了钛/MG63细胞界面EIS行为及其随时间的变化. 原位电解池中引入Ag/AgCl作为参比电极, 解决了EIS测量过程中高频部分信号失真的问题. 钛/MG63细胞界面EIS研究初步结果表明: 活细胞在钛电极表面附着, 可改变界面双电层结构和电极的表面状态, 进而影响界面的电化学性质. 实验发现, 由于钛电极表面氧化层的阻抗信号处于中低频段, 而细胞膜层自身的电化学阻抗响应位于高频范围, 由此, 可分别分析不同的电极过程, 解析其相互关系, 研究活细胞在生物材料表面的作用机理.     

扬帆启航：电化学实验初步

电化学是研究电能和化学能相互转化的规律的科学。电能和化学能之间的相互转换,是通过电极/电解质溶液表界面的结构变化和电荷转移反应来实现的。以电化学能源器件为例,前者为超级电容器,能量存储和释放主要通过界面双电层的表界面结构变化来实现;后者为化学电源,能量存储和释放主要通过电极活性物质的表界面化学反应来实现。所以,研究一个电化学体系时,主要关注两个问题,即表界面结构和表界面电荷转移反应。而表界面结构直接影响表界面电荷转移反应的性质,因此,从电化学实验的角度,表界面的构筑是至关重要的,包括电极的制备和表征、电极修饰材料的制备及组装、溶剂和支持电解质的选择和优化、电化学实验环境等等。本文旨在向广大电化学初学者讲述电化学实验的准备工作以及对实验现场数据的基本判断,帮助大家在实验中及时发现问题,及早采取措施,高效率地获取可信的实验数据。     

固/液界面现场光谱电化学

固/液界面现场光谱电化学的方法包括各种电磁波透射和反射谱(紫外可见、拉曼、红外、X-光等)、磁共振谱(ESR、NMR)以及80年代发展起来的扫描显微谱(STM等)和非线性反射光谱(SHG)等等。固/液界面现场光谱电化学已渗透到固/液界面和电极表面结构,分子水平上的吸脱附和反应机理,电催化和反应动力学等许多研究领域。本文结合文献对上述几个方面以及固/液界面现场光谱电化学的发展方向进行综述。     

聚硫堇/过氧化氢光致电化学敏感界面的构建及其对葡萄糖氧化酶催化活性的测定

将具有光电活性的硫堇电聚合在光透电极的表面,制备了聚硫堇膜光电极,利用该电极同时具有光敏和电子受体的性能,使其与葡萄糖氧化酶对葡萄糖催化反应产生的电子供体(过氧化氢)发生光致电化学反应,通过检测由此产生的光电流实现对蛋白质催化活性的检测.本文探讨了聚硫堇/过氧化氢光致电化学敏感界面的响应机理,讨论了偏压、电解质溶液pH和底物浓度对光致电化学反应和测定葡萄糖氧化酶催化活性的影响.通过测定商品葡萄糖氧化酶的催化活性,验证了方法的可行性.应用该敏感界面检测蛋白质的催化活性不需要过氧化物酶,比光度法经济、简便和快速.