单纳米颗粒在超微电极上的碰撞电化学分析：微电极和纳米管电极

纳米颗粒的功能与其尺寸、电荷密度和表面化学性质等密切相关,因此研究其内在关系至关重要。近年来,基于纳米颗粒碰撞的电化学方法可以实现对单个纳米颗粒的尺寸、浓度和聚集状态快速检测,进而有效区分纳米颗粒的个体差异和探索单个颗粒活性-结构之间的关系。鉴于电极的尺寸、形状对单颗粒碰撞结果存在显著影响,本文将重点介绍不同颗粒（金属、半导体和绝缘体）与传统超微电极和纳米管电极之间的碰撞行为,并基于目前纳米电化学碰撞技术的不足,展望未来纳米电化学碰撞技术的发展方向。     

结合光学成像技术研究单颗粒碰撞电化学

近年来,单颗粒碰撞技术在纳米电化学领域受到广泛关注. 该技术通常控制超微电极处于某一电位,检测单个纳米颗粒随机碰撞到电极表面后产生的瞬时电流. 通过分析电流信号,可以研究单个纳米颗粒的性质. 尽管该技术可以检测单个纳米颗粒的电化学或电催化电流,但是传统的单颗粒碰撞技术缺乏空间分辨率,难以识别和表征特定的纳米颗粒. 因此,结合光学成像技术研究单颗粒碰撞电化学来补充电化学技术缺失的空间信息已成为一种趋势. 本文首先简要综述了单颗粒碰撞技术的三种检测原理,主要介绍了近年来单颗粒碰撞技术与荧光显微镜、表面等离激元共振显微镜、全息显微镜和电致化学发光相结合的研究进展,最后展望了单颗粒碰撞技术未来的发展趋势.     

基于石英纳米孔道的单颗粒尺寸分布分析

发展了一种基于石英纳米孔道的单颗粒电化学动态分析方法, 用于单个CdSe/ZnS量子点纳米颗粒的尺寸分布分析. 其机制是向石英纳米孔道两端施加电压, 表面带有正电荷的单个CdSe/ZnS量子点纳米颗粒在电场力驱动下由管内向管外运动, 当量子点纳米颗粒穿过纳米孔道尖端狭小的限域空间时, 其表面正电荷使石英纳米孔道内电荷密度增加, 孔道内的电化学限域效应进一步将电荷密度增加的信息放大并转变为可读的离子流增强信号. 通过对动态离子流信号解析可实时获取具有2种不同尺寸的量子点纳米颗粒所导致的2类过孔事件信息, 从而对在限域空间内运动的纳米颗粒进行尺寸分布分析.     

单个纳米颗粒的光散射检测技术进展

纳米颗粒因其在生物医学和生物分析领域具有重要的应用前景而备受关注.单个纳米颗粒的光散射检测技术是一种简单、有效地对纳米颗粒的尺寸、尺寸分布及浓度等进行表征的分析方法,尤其在揭露纳米颗粒的内在异质性方面具有独特优势.然而瑞利散射强度随粒径减小呈六次方衰减,使得小尺寸单个纳米颗粒的检测非常具有挑战性.本文对近年发展起来的多种单个纳米颗粒的光散射检测技术进行综述.     

单分子荧光成像研究单颗粒纳米催化机制

纳米颗粒通常具有优异的催化性能,但由于其内在的异质性,宏观水平的表征难以确定单个纳米颗粒可靠的构效关系和潜在的催化反应机制.单分子荧光成像技术具有单分子灵敏度、高时空分辨率的优点,可以在单颗粒水平实现反应产物的超灵敏检测,因而在纳米催化领域得到了广泛应用.本文综述了单分子荧光成像的发展以及该技术在揭示单颗粒纳米催化反应机制中的应用,主要包括尺寸效应、晶面效应、表面缺陷、等离激元效应、双金属效应、活化能、纳米限域效应以及单颗粒催化通讯等方面.最后总结和展望了单分子荧光成像技术在纳米催化研究中的挑战与发展方向.     

暗场显微镜下的彩色“纳米星”（英文）

具有独特局域表面等离子共振散射特性的贵金属纳米粒子,在可见光区域表现出明显的吸收和散射光谱特性。在过去的几十年中,基于纳米金和纳米银溶液的可视化颜色传感器,被广泛应用在金属离子、生物分子、农药等灵敏检测。自2000年,暗场显微镜的出现,实现了纳米尺度下等离子共振散射光谱的精准获取,将传感尺度从传统的实验试管发展到单纳米颗粒界面。单颗粒检测消除了本体溶液中大量纳米粒子产生的平均效应,可提供更加准确的反应信息。纳米粒子的散射光谱主要取决于颗粒的尺寸、形貌、成分以及颗粒间耦合作用等,因此,具有特定散射颜色的单个纳米粒子,可以作为优异的纳米探针。这篇综述聚焦于单颗粒纳米传感,首先介绍了纳米粒子局域表面等离子共振的原理和发展历史。随后,主要讨论了单个贵金属纳米粒子作为颜色编码传感器,在生物分子、环境污染物以及能源等领域的应用,尤其是基于单颗粒的原位纳米光谱电化学传感及其在电催化反应中的应用。例如,利用纳米粒子的溶出和生长过程,精巧地设计了针对不同待测物的纳米探针。另一方面,对单纳米粒子结构演变过程的原位监测,也有助于对纳米材料制备机理的理解。最后,着重探讨了纳米颜色传感器信号提取放大的检测手段,...     

金属纳米粒子再分散法测定二氧化铈稳定的单原子的位点数

单原子催化剂由于能最大限度地利用贵金属以及其独特的催化性能而引起了人们的兴趣.基于其表面原子性质,CeO2是稳定单金属原子最常用的载体之一.一旦金属含量超过其负载的载体容量,就会形成金属纳米粒子,因而许多单原子催化剂的金属含量受限.目前,还没有直接的测量方法来确定载体稳定单个原子的容量.本文开发了一种基于纳米颗粒的技术,即通过将Ru纳米颗粒重新分散成单个原子,并利用Ru单原子和纳米颗粒在CO2加氢反应中的不同催化性能,从而确定该容量.该方法避免了湿浸初期反离子对金属负载的影响,最终可应用于多种不同的金属.结果表明,该技术可跟踪氧空位浓度和表面氧含量的变化趋势,有望成为一种定量测定载体单原子稳定容量的新方法.     

金属纳米粒子再分散法测定二氧化铈稳定的单原子的位点数（英文）

单原子催化剂由于能最大限度地利用贵金属以及其独特的催化性能而引起了人们的兴趣.基于其表面原子性质,CeO_2是稳定单金属原子最常用的载体之一.一旦金属含量超过其负载的载体容量,就会形成金属纳米粒子,因而许多单原子催化剂的金属含量受限.目前,还没有直接的测量方法来确定载体稳定单个原子的容量.本文开发了一种基于纳米颗粒的技术,即通过将Ru纳米颗粒重新分散成单个原子,并利用Ru单原子和纳米颗粒在CO_2加氢反应中的不同催化性能,从而确定该容量.该方法避免了湿浸初期反离子对金属负载的影响,最终可应用于多种不同的金属.结果表明,该技术可跟踪氧空位浓度和表面氧含量的变化趋势,有望成为一种定量测定载体单原子稳定容量的新方法.     

基于树枝状聚合物的无机纳米颗粒的制备及应用

树枝状聚合物具有一些独特性质,包括规整且高度支化的三维结构、完美单分散尺寸、内部空腔以及表面大量的官能团等,因而其在催化、检测、生物医用领域具有潜在应用。这些应用的改进或者实现,往往需要在树枝状聚合物中引入无机纳米颗粒,从而制备得到基于树枝状聚合物的无机纳米颗粒。另一方面,树枝状聚合物的存在能够提升无机纳米颗粒在溶液中的稳定性、抑制团聚,从而长时间保留纳米颗粒的优异性能。在过去几十年,因为其优异的性质和潜在的应用,基于树枝状聚合物的无机纳米颗粒吸引了众多科研人员的关注。依据其结构特点,可以将基于树枝状聚合物的无机纳米颗粒大致分为以下三类:(1)树枝状聚合物包裹的无机纳米颗粒;(2)树枝状聚合物稳定的无机纳米颗粒;(3)树枝化基元稳定的无机纳米颗粒。本文侧重归纳并总结近五年基于树枝状聚合物的无机纳米颗粒的制备方法,以及其在催化、生物医用、检测领域的研究进展,并对其制备方法和应用发展进行了展望。     

对《纳米孔道单分子电化学信号在线识别与分析研究》的评述

正纳米孔道是近年来基于电化学原理发展起来的一种新的单分子电化学技术。由于纳米孔道利用单个分子在穿过孔道时产生的离子流变化来获取纳米尺度信息,其获得的数据具有信噪比低、随机性强、数据量大等特点。因此,这一技术在应用于单分子分析和研究分子间弱相互作用时,很大程度上依赖于对实验中获取的大量电化学信号数据进行分析和处理,进而给出待测物的精确信息。华东理工大学龙亿涛课题组对纳米孔道单分子电化学信号的数据处理过程和方法进行了探索,并将其研究成果"纳米     

用于纳米孔道分析的四通道电化学传感器设计与仿真

纳米孔道技术是一种基于空间限域的超灵敏的单分子分析技术.通过研究单个分子限域于纳米孔道中所产生的离子电流的变化,可在单分子尺度上获取其结构、尺寸、电性及与孔道间弱相互作用的信息.目前主要应用的纳米孔道测量仪器单次实验仅能测量单个纳米孔道,其检测通量较低.本文基于实验室前期自主设计研制的单通道纳米孔道测量仪器Cube-D2上,比较研究了两种互阻放大器的测量特性,从而选择了合适的测量电路设计了四通道电化学传感器放大电路.进一步通过仿真验证了四通道电化学传感器设计方案的可行性,为阵列化高通量纳米孔道单分子电化学测量仪器的设计提供了理论基础.     

基于DNA电化学发光传感器研究金纳米颗粒对量子点的电化学发光影响

纳米金颗粒具有高的消光系数和良好的表面等离子体共振特性, 其等离子体共振特性受纳米金颗粒的尺寸和周围环境等因素的影响. 本文基于半导体纳米晶电化学发光信号对金纳米颗粒的距离依赖性制备了DNA电化学发光传感器. 首先利用循环伏安法(CV)在玻碳电极(GCE)表面原位沉积金纳米颗粒(AuNPs), 巯基丙酸包裹的CdS量子点(QDs)与氨基修饰的双链DNA (dsDNA)通过酰胺键缩合, 形成量子点修饰的双链DNA(QDs-dsDNA). 最后将QDs-dsDNA 通过dsDNA 另一端的巯基组装到纳米金表面, 得到CdS QDs-DNA/AuNPs/GCE电化学发光传感器. 在优化电极表面QDs-dsDNA密度、金纳米颗粒沉积方法等实验条件的基础上, 对不同传感器的表面性质进行了表征, 如形貌和电化学阻抗等. 进一步通过控制纳米金和CdS QDs之间的DNA研究了纳米金对CdS QDs发光信号的影响作用. 结果显示DNA链的长度和类型对发光信号有着重要的影响. 最后将此传感器用于环境污染物的DNA损伤检测, 显示出很好的灵敏响应.     

基于纳米材料的细胞释放生物信号分子电化学传感器的研究进展

电化学传感器已被证实是一种检测细胞释放信号分子的有效方法.纳米材料如碳纳米材料、金属纳米颗粒,以及纳米复合材料等因其独特性质在电化学分析技术方面应用广泛.本文综述了近年来基于纳米材料的电化学传感器用于检测细胞中释放的信号分子的研究进展,并展望了其发展方向.     

纳米电极上单个银纳米颗粒氧化电流分辨能力的研究

在单体电化学的研究中,提高信号分辨能力是一项挑战.缩小电极尺寸有利于对体系噪音电流的控制,有望提高电流的分辨能力.本研究制备了直径为480 nm的铂纳米圆盘电极,选用银纳米颗粒碰撞电极产生银电化学氧化行为作为模型,考察了纳米电极相对于微米电极在单体电化学信号分辨能力上的优化作用.研究表明,不同尺寸电极上观察到的银纳米颗粒的碰撞频率符合扩散控制的碰撞规律.说明单个电流信号对应于单个纳米颗粒的电化学氧化过程.同时,当电极尺寸缩小至纳米尺度后,噪音电流下降50%左右,提高了对银纳米颗粒碰撞电极过程中氧化电流的分辨能力.研究结果表明使用纳米电极能进一步提高对单体电化学中微小电流的检测能力.     

《电化学分析传感》专辑序言

《电化学分析传感》专辑序言 电化学分析传感是一种基于界面电荷相互作用的测量方法,具有高灵敏、响应快、无标记等本征优势. 该方法的核心思路是将待测对象构建成为化学电池的某一部分,通过测量界面电子转移或电荷重排过程中产生的电信号响应,如电池电位、电流、电导、电量变化,对待测目标进行定性定量动态地检测、监测或表征. 　　近年来,伴随着测量仪器性能和数据处理方法的持续提高与优化,电化学分析传感研究前沿热点越来越多地关注到纳米尺度界面上的瞬态电荷相互作用、动态电荷传输机制,特别是发展限域空间内的单体纳米电化学信号放大、传输、记录、解析新模式和新策略. 其中,单体电化学分析,如单颗粒碰撞法等,不仅可以得到常规宏观测量的单一平均结果,同时还能描绘出所有不同颗粒结构与性能的完整分布,揭示少量但关键的电化学活性位点和反应机理;而纳米限域电化学分析,如纳米孔道协同测量等,则能通过限域效应有效延长亚稳态中间体的结构寿命,灵敏识别不同待测单体间的细微理化性质差异及其动态变化过程. 此外,电分析方法也更多地与谱学、成像等技术联用,对界面电化学过程进行原位、实时、在线表征,以期揭示纳米界面的电荷传递和能量转化的化学本质. 进而指导设计构建高灵敏电化学传感器,实现在疾病的早期检测、能源转换的高效率用、水体环境污染的有效治理等国家战略性产业中的广泛应用. 　　本专辑围绕电化学分析传感新方法与新技术,收录了在相关研究领域具有丰富经验积累和影响力的团队所撰写的21篇相关研究进展的综述文章和研究论文（分成两期出版,分别包含10篇和11篇）. 希望借助此专辑的出版,能使广大读者更好地了解当前电化学测量领域的研究现状、研究趋势和存在的问题及挑战,推动我国下一代电化学精准分析技术和高效传感应用的进一步发展. 　　最后,对本专辑的所有作者、审稿人及编辑部工作人员的辛勤工作和付出表示由衷的感谢！     

磁性纳米包覆微球的制备和磁性表征

以胶体球形粒子为基体发展起来的纳米包覆(nano鄄coating)技术近来引起人们的极大兴趣,这种纳米包覆技术得到的产物常常被称为核壳粒子(core鄄shellparticles)。这种包覆一般是将纳米颗粒直接吸附在核微球上,或者包覆材料控制沉淀在核微球上[1,2]。这些复合微球常常展现出独特的光、电、力学、化学、催化等性质,因而具有广泛的研究和应用前景[3~7]。近十几年来,用做磁感应成像的超顺磁材料得到了深入的研究[4]。一方面,磁性颗粒的尺寸、电荷和表面成分对其应用有很大影响[8,9],另一方面,材料的磁学性质又主要取决于磁颗粒的大小[10]。Xu和Lindlar制备了含超顺磁颗粒的聚合物胶体颗粒,被用于构建超顺磁性的光子晶体[11,12]。在聚合物微粒上包覆氧化铁颗粒通常采用表面沉淀或表面改性官能团诱导反应包覆的方法。但这些方法不能很好控制复合微粒的均一性和表面平整性;Caruso的层鄄层包覆法(Layer鄄byLayer)虽然实现了磁性颗粒包覆[13],然而这种方法非常繁琐而不利于广泛应用。本文报道了一种新的合成磁性包覆颗粒的方法,即以聚合物微球为基核,通过非均相种子生长法包覆磁性纳米颗粒,并研究了...     

基于光学成像技术的单颗粒电化学研究

光学显微镜技术具有高时空分辨率、高通量、高灵敏度、非接触等优点,十分适合于微观、异相界面的电子转移过程研究,因而在单颗粒电化学分析中展现出良好的应用前景.结合本课题组的研究工作,本文主要介绍了单分子荧光显微镜、表面等离激元共振显微镜、暗场显微镜及电化学发光四种光学显微技术在单纳米粒子电化学研究方面取得的最新研究进展,最...     

基于等离子激元耦合效应的高灵敏汞离子传感器

提出了一种基于单颗粒光谱技术,能够高灵敏检测汞离子的新方法,原理是基于汞离子诱导的纳米金自组装过程.在两种不同大小的纳米金表面分别修饰两段富含T碱基的DNA序列,当Hg²⁺存在时,两段DNA序列自发形成双链结构,导致小金球能够在大金球表面自组装成核-卫星纳米金结构,这一过程伴随着纳米颗粒散射光颜色和散射峰位置的变化,变化的程度与Hg²⁺浓度具有相关性,依托单颗粒光谱技术极高的检测灵敏度,该方法可以实现pmol/L级的检测.     

超声电化学制备PbSe纳米枝晶

近年来，纳米晶态半导体粒子因其具有大的表面体积比、高的活性、特殊的电学性质和独特的光学性质引起了科学界的广泛关注犤１，２犦。基于半导体纳米粒子的量子尺寸效应和表面效应，半导体纳米粒子在发光材料犤３犦、非线性光学材料犤４犦、光敏传感器材料犤５犦、光催化材料犤６犦等方面具有广阔的应用前景。如何实现对半导体纳米粒子的尺寸大小、粒度分布以及形状和表面修饰的控制，寻找更简便的合成方法以及改善制备环境等是半导体纳米粒子研究的关键。超声电化学是结合了电化学和超声辐照而建立起来的一种新方法，它显示了两者的优点犤…     

电化学限域SiN_X纳米孔道检测核酸分子的研究

固体纳米孔道因其机械强度高、尺寸可控、易于表面修饰及集成化设计等优点被广泛应用于DNA、RNA和蛋白质等生物分子的检测研究.为了检测单个单链核酸分子,本研究采用电化学刻蚀法可控制备了单个SiN_X固体纳米孔道,通过SiN_X固体纳米孔道限域空间效应增强了纳米孔道与短链核酸分子之间的弱相互作用,从而实现了核酸分子的单分子水平检测.通过研究不同孔径(3.1和8.5 nm)纳米孔道与核酸分子间的弱相互作用差异,有效区分了核酸分子在限域空间内产生的过孔和碰撞两种个体行为,加深了对固体纳米孔道限域空间内核酸分子电化学行为的理解.