扫描电化学显微镜用于研究生物膜微环境的电子传递

生物电化学系统(BESs)的核心是生物膜在电极/溶液界面的电子传递反应,研究生物膜微区环境中的电子传递有助于阐明微生物的胞外电子传递(EET)机制,从而有针对性地提高BESs中的电子转移效率。微生物的EET机制包括直接电子传递和间接电子传递,由于生物膜组成复杂,含有多种分泌物、胞外聚合物等,常规电化学方法只能从生物膜宏观层面研究EET机制,无法有效区分这两种电子传递途径的贡献。本文采用电化学循环伏安方法研究了电子穿梭体二茂铁甲醇(FcMeOH)与希瓦氏菌(Shewanella)相互作用的界面过程;基于扫描电化学显微技术构建了穿透模式,通过微电极介导FcMeOH与Shewanella反应,收集仅来自间接电子传递途径产生的电流,同时测定了Shewanella在电极/溶液界面的氧化还原性质和空间分布。本论文将电化学扫描探针显微技术应用于EET的研究,从物理化学角度揭示微生物在代谢过程中与外界的电子传输机制。     

细胞色素P450的电化学研究进展

细胞色素P450的电化学研究从一个侧面反映了为使细胞色素P450达到工业催化剂的最终目的人们所作的不懈努力。本文从细胞色素P450在电极上的电子转移研究,隧道扫描显微镜的微观成像研究和使用电极作为细胞色素P450的电子给体从而实现细胞色素P450底物转化三方面,评述了近年来细胞色素P450的电化学研究进展。     

电子穿梭体介导的微生物胞外电子传递:机制及应用

厌氧条件下微生物将电子传递给胞外电子受体的现象非常普遍,电子穿梭体(electron shuttle,ES)是介导胞外电子传递过程的重要途径之一,但其具体的机制尚未明晰。一部分微生物自身能分泌一些物质作为内生ES,另一部分微生物能利用天然存在或人工合成的某些物质作为外生ES,并将其携带的电子传递至微生物胞外电子受体。ES介导微生物胞外电子传递的基本过程为:氧化态电子穿梭体(ES_ox)接受电子变成还原态(ES_red),ES_red传递电子给胞外电子受体,自身再次氧化成ES_ox,从而循环往复。本文重点介绍不同种类ES及其电子穿梭机制,以及ES的分子扩散、氧化还原电势及电子转移能力对胞外电子传递过程的影响。ES介导的胞外电子传递过程直接影响污染物转化和微生物产电,因此在污染修复及生物能源等方面具有重要的应用前景。     

从表面电化学实验参数理解活性基团的微观结构

从分子水平上理解电子传递中电活性基团的结构变化能够直接促进我们对电化学、分子/纳米电子学、生命过程中电子传递的认识。表面电化学是经典的宏观实验方法,从宏观的实验数据中也可以了解分子结构和电活性基团所处的微环境的信息。对此,本文从表面电化学的转移系数、表观转移电子数和重组能三个方面进行了介绍。表面电化学的转移系数的变化规律可以用来指示分子间的相互作用,表观转移电子数能够给出生物大分子基团间的连接信息,重组能可以反应出电活性中心溶剂化环境的变化。本文旨在充分发挥宏观实验方法在分子电化学方面的研究价值。     

原位电化学与核磁共振联用新技术及其应用进展

电极表面微观的电化学反应动力学机制无法通过孤立的传统电化学方法直接揭示,核磁共振技术能在分子水平上提供待测样品的化学位移和J耦合产生的微小分裂等信息,它可以更容易地鉴定同分异构体、分子构象和电子变化。因此,原位电化学与核磁共振联用技术可以从分子层面上对物质反应机理和反应动力学过程进行原位无损实时研究,发现非原位技术无法监测的短寿命中间体,揭示反应机理和构效关系等相关信息,是一种非常有发展前途的原位谱学技术。但是由于电化学池和核磁共振的不兼容性,对原位电化学与核磁共振的研究及应用相对较少,为了让更多的人了解原位电化学与核磁共振联用这一新技术,文章分别阐述了该技术的国内外进展、工作原理、面临的挑战及其在电化学催化及物质反应机理、燃料电池和药物研究等方面的应用,并对今后需要解决的关键性问题进行了展望。     

微生物电化学系统电子中介体

电化学活性微生物与电极之间的胞外电子传递在微生物电化学系统(microbial electrochemical systems,MESs)产能、生物修复等功能的实现中起着关键作用.目前,研究者对微生物胞外电子传递机理了解有限,限制了MESs的应用.相比于需要微生物功能蛋白与电极接触才能发生的直接电子传递,间接电子传递可通过具有可逆氧化还原活性的电子中介体(electron transfer mediators,ETMs)实现电子的传递,从而有效提高微生物胞外电子传递效率.在间接电子转移过程中,ETMs起着中间电子受体和中间电子供体的作用,即被还原后可将电子传递给最终电子受体并被重新还原;理论上每个ETMs分子可以循环数千次,因此ETMs对特定环境下终端氧化物(如铁离子)的循环有着极其显著的作用.本文系统总结了MESs中ETMs及间接电子传递机制近年来的研究进展,并且在此基础上探讨了ETMs在MESs中的研究趋势,以期推动MESs在生物修复、能源生产方面的实际应用.     

电驱动下的环境污染物厌氧生物转化—电子转移原理和应用实例

厌氧环境下一些微生物能够接受来自于电极的电子并将电子传递至环境污染物,这使得电驱动下生物还原技术在可持续性废水处理以及生物修复方面受到越来越多关注.此体系中,阴极电子传递被认为是影响环境污染物厌氧转化可行性和效率的制约因素.文中首先评述可能的电子传递原理,包括水解氢气介导的间接电子传递、人工合成电子穿梭体或者细菌分泌电子穿梭体介导的间接电子传递、以及电极与细菌之间的直接电子传递等途径.相比间接电子传递,直接电子传递避免了将电子传递给没有起作用的介体及没有和电极接触的浮游微生物,因而更加节能.另外,列举了自养反硝化、生物还原脱氯、重金属生物还原、CO2生物还原以及硫酸盐生物还原等应用实例.最后,提出了此领域研究发展亟需解决的两个重要问题,包括阴极生物膜的培养以及电子从电极转至微生物内在机理的解析.     

微生物和含铁矿物之间的电子交换

含铁矿物常见于土壤中和地表下.在那里,它们以多种形式支撑微生物的生长和代谢,如作为微生物厌氧呼吸的电子受体、微生物自养生长的电子供体和能量来源、微生物细胞之间的电子导体和电子储存介质.微生物细胞膜套的物理化学性质决定其既不具有矿物渗透性,也不具备导电性.因此,微生物需要进化出特定的机制同胞外矿物交换电子（即胞外电子传导）.微生物胞外电子传导与常见的,用于有氧呼吸的微生物细胞电子传递链有着诸多本质区别.本文中,我们概述了微生物与胞外含铁矿物之间电子传导的分子机理,以及相关的微生物在生物修复污染物、生产新型纳米材料、生物采矿和生物能源中的应用.     

有“生命”的电线:浅析微生物纳米导线电子传递机制及其应用

微生物纳米导线是指在缺少可溶性电子受体的条件下由微生物形成类似菌毛的导电附属物,通过它传递电子是微生物为提高胞外电子传递效率而进化形成的一种有效的电子传递方式。微生物可利用具有高效导电特性的纳米导线将电子传递到远离细胞表面的地方,从而使微生物摆脱了需要直接接触胞外电子受体(Fe(Ⅲ)氧化物或电极)才能传递电子的限制。微生物纳米导线的发现丰富了人们对胞外呼吸多样性的认识,同时其在提高微生物燃料电池产电效率、促进环境中有机污染物的快速降解和生物能源等方面具有重要的应用前景,成为了当前研究的前沿和热点。本文简单介绍了微生物纳米导线的基本特性和产生纳米导线的微生物种类,重点阐述了由Geobacter和Shewanella微生物生成的纳米导线电子传递机制以及其在生物能源和生物修复等方面的应用,并展望了今后的研究重点。     

半导体-微生物界面电子传递及其在环境领域的应用

半导体-微生物复合体系在污染物深度降解、 合成有价化学品及元素生物地球化学循环等领域发挥着重要作用, 其界面反应过程的核心是电子转移. 本文重点阐述了微生物/半导体界面上微生物的种类和功能、 半导体的种类及光催化机制, 总结了半导体-微生物界面的直接和间接电子传递途径, 讨论了强化界面电子传递的方法以及半导体与微生物系统的稳定性, 介绍了近年来半导体-微生物复合体系在污染物转化、 化学品合成以及资源循环利用方面的应用现状, 以期为半导体-微生物复合体系的设计及其环境领域应用提供指导.     

电化学氟化的新进展

电化学氟化是利用电极反应将氟直接引入有机或无机物的一种重要方法。有机物的电化学氟化方法有两种: 一是Simons于1941年发明的, 用镍作阳极, 在无水氟化氢溶液中, 电解制备全氟化合物的方法。此方法在近年来有不少改进。另一是1970年Rozhkov提出的, 以有机溶剂(如含Et3N.3HF的MeCN)为介质, 在铂阳极上,氧化得到单氟化产物的方法。本文全面地综述了这两种方法, 并着重于最新民发展。     

(NH_4)_(42)[Mo_(132)O_(372)(CH_3COO)_(30)(H_2O)_(72)]膜修饰电极的构筑和电化学性质的研究

由于过渡金属替代的多金属氧酸盐(polyoxometalates)的催化、磁性、电化学等性质,越来越受到人们的关注~([1-7]). 目前世界上约有10亿人生活在缺碘地区,碘的缺乏严重影响人类健康.对食物、生物临床、环境及工业中碘含量检测很有实际意义.     

The Electrochemical Behavior of PPV/PEO Blend

Light-emittingelectrochemicalcellisanewpromisingdeviceforlarge-areadisplay'.Theelectrochemicaldopinginthepolymerblendofpoly(ethyleneoxide)(PEO)andpoly(l,4-phenylenevinylene)(PPV)usedintheLECplaysaveryimpo~roleinitselectroluminescence.TheaimofthisinvestigationistounderstandiftheadditionofPEOaffectstheelectrochemicalbehaviorofPPVandtheeffectsofdopantsonsuchablendsystem.Accordingtotheprocessesreportedintheliteramresl',wepreparedthepolymerblendonaPtelectrodewhichwasusedastheworkingelectrode…     

Electrochemical machining of metals: Fundamentals of electrochemical shaping

Basic problems of metal electrochemical shaping theory are considered. Exact and approxi1mate (quasi-steady-state, locally one-dimensional) methods for solving direct and inverse problems are analyzed. Experimental methods for improving the electrochemical shaping accuracy are considered.Translated from Elektrokhimiya, Vol. 40, No. 12, 2004, pp. 1438–1480.Original Russian Text Copyright © 2004 by Davydov, Volgin, Lyubimov.     

Disposable and Flexible Electrochemical Paper-based Analytical Devices Using Low-cost Conductive Ink

In this work, a simple procedure for construction of disposable electrochemical paper-based analytical devices (ePADs) by screen-printing using low-cost materials and a home craft electronic printer is proposed. The devices were constructed using liner paper as a substrate and carbon ink prepared with graphite powder and wood glue. The ePAD was evaluated as an electrochemical sensor and biosensor. The proposed conductive carbon-based ink can be easily prepared and is an eco-friendly and non-toxic material. The developed ePAD was simple to produce and can be used as a low-cost electrochemical sensor, at less than US $0.20 per device.     

纳米材料电化学与生物传感器——有机微污染物检测新途径

本文介绍了近年来纳米材料电化学与生物传感器在有机微污染物检测中的研究现状,分析了这些传感器中纳米材料修饰电极的特点,重点阐述了纳米材料在有机微污染物检测中的重要作用,列举了一些纳米材料电化学与生物传感器在有机微污染物检测中的应用。最后对纳米材料电化学与生物传感器用于有机微污染物的检测研究进行了简要评述和展望。     

Sub-millivolt amplitude potential oscillations observed in the noise of hydrogen evolution on Ag and Cu microelectrodes

A strange effect was observed while using the method of quasi-simultaneous determination of electrochemical voltage noise and impedance to obtain information on the kinetics of the hydrogen evolution reaction on Ag and Cu microelectrodes. Beyond a certain polarizing current density we found microvolt-amplitude potential oscillations on both electrodes with a frequency in the 5 Hz–5 kHz range. The oscillations were observed in every single experiment with Ag and Cu, while no oscillatory behavior was observed during the control experiments with the Pt microelectrode. The presence of the oscillations indicates that the mechanism of hydrogen evolution is more complex compared to the original assumption.      

Electrochemical behavior of single crystals of nonstoichiometric cerium(III) fluorides

The electrochemical properties of single crystals of cerium fluoride alloyed with bivalent cations Sr²⁺, Ca²⁺, Ba²⁺, Sr²⁺ + Ca²⁺, Sr²⁺ + Ba²⁺, Ba²⁺ + Ca²⁺ and also with La³⁺ and La³⁺ + Ba²⁺ cations are studied using the dynamic voltammetry and impedance spectroscopy. The conductivity of symmetrical cells with Ag electrodes is determined using the method of impedance spectroscopy in the frequency range from 450 to 5 kHz at the temperatures from 20 to 100°C: for CeF₃: Sr²⁺ (0.5 mol %) + Ba²⁺ (0.5 mol %), σ = σ₀ exp[(?0.284 ± 0.005/kT]; for CeF₃:Ca²⁺ (0.5 mol %) + Sr²⁺ (0.5 mol %), σ = σ₀ exp[(?0.292 ± 0.017/kT]. The steady-state and dynamic voltammogams of symmetrical electrochemical cells with nonpolarizable reference electrodes and CeF₃ single crystals alloyed with Sr²⁺, Ca²⁺, and Ba²⁺ bivalent cations exhibited ohmic polarization. For cells with CeF₃ containing La³⁺ as an admixture, a hysteresis was observed, which could not be eliminated by chemical and electrochemical treatment of crystals. In the dynamic voltammetric curves of asymmetric cells with nonpolarizable and silver electrode and CeF₃ crystals alloyed with Sr²⁺, Ca²⁺, and Ba²⁺, a range of ideal polarizability (from 0 to ～?2.7 V), and also cerium redox processes and silver fluorination-boundary regeneration were observed. In the dynamic voltammetric curves of asymmetric cells with CeF₃ containing La³⁺ admixture, no range of ideal polarizability was observed; however, the reactions of silver fluorination and reduction of solid-electrolyte cerium were well pronounced at the corresponding potentials.     

Miniaturized electrochemical sensors and their point-of-care applications

Most of the current analytical methods depend largely on laboratory-based analytical techniques that require expensive and bullky equipment,potentially incur costly testing,and involve lengthy detection processes.With increasing requirements for point-of-care testing(POCT),more attention has been paid to miniaturized analytical devices.Miniaturized electrochemical(MEC)sensors,including different material-based MEC sensors(such as DNA-,paper-,and screen electrode-based),have been in strong demand in analytical science due to their easy operation,portability,high sensitivity,as well as their short analysis time.They have been applied for the detection of trace amounts of target through measuring changes in electrochemical signal,such as current,voltage,potential,or impedance,due to the oxidation/reduction of chemical/biological molecules with the help of electrodes and electrochemical units.MEC sensors present great potential for the detection of targets including small organic molecules,metal ions,and biomolecules.In recent years,MEC sensors have been broadly applied to POCT in various fields,including health care,food safety,and environmental monitoring,owing to the excellent advantages of electrochemical(EC)technologies.This review summarized the state-of-the-art advancements on various types of MEC sensors and their applications in POCT.Furthermore,the future perspectives,opportunities,and challenges in this field are also discussed.     

Influence of Electrochemical Parameters on the Etching of Macropores in Silicon

The process of formation of macropores in silicon with stationary irradiation and a constant current density during the electrochemical process in dependence on the initial bias on the silicon anode, U ₀, has been studied. Stable formation of macropores began when the bias reached U _c, corresponding to a critical concentration of holes p _c at the silicon–electrolyte interface. The process of macropore formation is unstable with U ₀ > U _c.