铂电极上苯和苯磺酸吸附定向的现场红外反射吸收光谱电化学方法研究

本文用现场红外反射吸收光谱电化学方法和循环伏安法研究铂电析上苯和苯磺酸的吸附定向。对于苯/铂势系, 电势在-0.6至0.0V(相对饱和甘汞电极)内, 苯主要以垂直方式吸附; 在0.0至0.8V内则主要以平躺方式吸附。对于苯磺酸/铂体系,电势在-0.4V至0.0V内, 苯磺酸分子中的苯环主要呈垂直吸附且SO~3H基团远离电极表面; 在0.0至1.0V内则主要以倾斜平躺方式吸附, SO~3H基团通过其中的两个氧原子吸附于电极表面上。     

铂电极上吡啶吸附及其取向的现场红外反射吸收光谱研究

用电化学和现场红外反射吸收光谱方法研究了Pt电极上吡啶的吸附取向。结果表明,在-0.80～0.80 V(vs SCE)范围内皆存在吡啶吸附,在较负电势下(约-0.80～-0.20 V),吡啶环可能以2种方式吸附于电极表面上,随电势变正(约-0.20～0.80V)由垂直取向向平躺取向转变,该平躺吸附降低了电极表面及其附近水分子结构的有序性。     

Au@SiO2膜/Ti电极吸附吡啶的表面增强拉曼光谱研究

基于壳层隔绝纳米粒子增强拉曼光谱技术,合成了Au@SiO₂纳米粒子,并对其进行了相关表征. 结果表明,包裹的二氧化硅层连续、致密,Au@SiO₂膜/Ti电极上可获得金属钛电极上吸附吡啶分子的高质量表面增强拉曼光谱（SERS）信号. 通过Pt、Ni电极的测试,证实该信号源于吸附在基底表面的吡啶分子. 此外,Au@SiO₂膜/Ti电极上吸附吡啶分子的现场SERS光谱研究表明,在-0.1 V ~ -0.6 V电位区间,吡啶分子平躺吸附,从-0.6 V起吸附的吡啶分子由平躺逐转变为垂直,而当电位为-1.2 V时,电极表面析氢,吡啶脱附.     

Pt电极上乙醛吸附及氧化的现场FTIR反射吸收光谱电化学研究

本文用现场FTIR反射吸收光谱法和循环伏安法研究了Pt电极上HCl, H2SO4水溶液中乙醛的吸附及氧化过程。实验结果表明, 0.3至1.0V(vs. SCE)电势范围内乙醛主要以式I吸附于电极表面上, 并发生了生成乙酸的电化学反应, 产物乙酸可能以式II吸附。对于H2SO4水溶液中, 上述电势范围内电极表面上还检测出硫酸根离子与乙醛和乙酸的竞争吸附。     

苯乙炔吸附在金电极上的现场表面增强拉曼光谱研究

采用电化学现场表面增强拉曼光谱研究了苯乙炔在金电极上的吸附行为及表面反应过程. 负电位下拉曼光谱的变化表明, 苯乙炔分子的炔端碳与金属电极成键, 分子垂直吸附于金电极表面. 在所研究的负电位区间内, 分子在电极表面的吸附取向并未随电位发生改变. 电化学现场光谱研究表明, 苯乙炔分子随电位负移, 碳碳叁键被加氢还原. 通过对比苯乙烯的现场表面增强拉曼光谱发现, 在－0.6 V至－1.2 V的电位区间内, 苯乙炔经过中间步骤生成苯乙烯, 最终被完全加氢为苯乙烷.     

离子液体中Fe电极界面结构的SERS光谱研究

采用高灵敏度的表面增强拉曼光谱(SERS)技术, 结合不同长度的探针分子, 通过电化学调控研究了Fe电极在离子液体中的表面增强因子、零电荷电位、界面吸附及界面双电层结构. 利用壳层隔绝纳米粒子增强拉曼光谱(SHINERS)技术提高表面吸附物种的拉曼信号, 降低高浓度本体的信号干扰, 研究了1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([BMIm]BF₄)离子液体本身在Au@SiO₂修饰的Fe电极表面的吸附行为. 结果表明,[BMIm]BF₄在Au@SiO₂修饰的Fe电极表面的吸附行为随电位变化而变化. 在-1.3 V以正区间, 咪唑阳离子以垂直吸附为主, 随电位负移逐渐倾斜甚至平躺吸附于电极表面; 当电位负至-2.3 V, 咪唑阳离子还原成卡宾. 再分别以不同分子长度的硫氰根(SCN^-)和4-氰基吡啶(4-CNPy)为探针分子, 发现SCN^-在[BMIm]BF₄中以N端吸附在纯Fe电极上, 三键频率随电位变化的速率, 即Stark系数为17 cm^-1/V; 4-CNPy以吡啶环上的N垂直吸附于Fe电极上, 频率保持不变, 即Stark系数接近零. 以上结果表明, 在离子液体中电极界面双电层与水体系的差别较大, 电位主要分布在电极紧密层中, 几乎无分散层存在. 此外, 还计算了[BMIm]BF₄中Fe电极的增强因子约为1.5×10².     

硫脲在HNO3介质中共吸附行为的喇曼光谱研究

用常规Raman谱、电化学现场表面增强喇曼散射光谱(SERS)和时间分辨SERS光谱(TRSERS)研究了硫脲(TU)在HNO₃介质中与NO-3的共吸附行为.实验结果表明,NO₃^-离子能被TU诱导共吸附在其质子化氨基上;TU以S端按σ配位键方式化学吸附在银电极表面.在较正电位区间(≥-0.6V),TU垂直吸附,电位负移(≤-0.8V),TU由垂直逐渐转变为倾斜甚至平躺吸附;在较负的电位下(≤-0.8V),TU在HNO₃介质中比在HClO₄中更稳定,甚至在-2.0V的电位下亦能检测到TU的SERS信号.     

和频振动光谱研究多晶金电极/溶液界面乙腈分子取向的flip-flop行为

用和频振动光谱研究乙腈/金电极界面,观测到乙腈的甲基振动峰强度随施加的电极电势而变化.当电极电势越过零电荷电势（pzc）时,甲基振动峰符号发生反转,这意味着基团取向发生反转（flip-flop）.由此推断出乙腈分子在金电极界面的吸附构型.即在零电荷电势下,电极界面吸附的乙腈分子构型为甲基靠近电极表面而腈基远离电极表面;而高于零电荷电势则电极界面吸附的乙腈分子构型发生反转,变为腈基靠近电极表面而甲基远离电极表面的构型.     

H_2O对SO_2在CaO表面上吸附的影响理论研究

采用密度泛函理论研究了H_2O对SO_2在CaO(001)表面上吸附的影响。结果表明,以四种形式(-H_2O、-H、-OH和-H-OH)存在的H_2O使SO_2在CaO表面上的吸附构型发生改变。SO_2在不同形式H_2O基团邻位吸附时,-H使S原子的p轨道态密度峰明显左移且吸附能比洁净表面大90 kJ/mol,其余基团表面吸附能无明显变化;SO_2吸附于-OH和-H-OH生成HSO_3基团,吸附能相比于洁净表面较小,可能作为暂态结构;SO_2吸附于-H_2O生成SO_3基团,H_2O断键生成的H基团起主要吸附作用,CaO表面上生成类似Ca(OH)_2的局部结构且吸附能比洁净表面大45 kJ/mol。     

铂电极上自组装铁原卟啉单分子层的表面增强振动光谱初探(英文)

应用现场表面增强拉曼光谱和衰减全反射表面增强红外光谱初步研究了0.1mol·L-1HClO4溶液中Pt电极表面铁原卟啉(FePP)自组装单层的电化学和结构特性.以514nm波长为激发线,得到了增强因子约为40的粗糙Pt电极上FePP在不同电位下的表面增强拉曼光谱.分析0.5～-0.3V(SCE)区间内谱峰变化,得到近似的吸附等温式,由此可估算出Fe3+/Fe2+的式量电位大约为-0.2V.原位表面增强红外光谱的测试结果表明,FePP分子主要以斜立方式吸附在Pt膜电极表面,其中一个环外羧酸根与电极表面相接触,而另一羧酸基团以氢键与相邻的FePP分子相连.这样的吸附结构在-0.1～0.9V(SCE)的电位区间内并没有显著的变化.     

TTF、TCNQ及电荷转移复合物TTF-TCNQ在Au（111）表面吸附的ECSTM研究

研究发现当电极电位处于双层区时,三种分子在Au（111）电极表面均可形成高度有序的吸附结构.TTF与TCNQ分子有序吸附层的单胞结构分别为（6×3）和（4×7）,如图1中的模型所示,分子均是以平躺的方式吸附在Au（111）电极表面.而当电极电位向负方向移至0.08V（RHE）时,TCNQ分子的吸附结构发生了相转变,形成了一种单胞为（3√3×12）的新型结构.这是由于在较负的电位下,TCNQ分子与金电极之间的作用减弱,而相邻分子之间的排斥作用占据主导地位,使得相邻分子间的角度由原来的60°增大至90°,单胞结构发生了相应的改变.电荷转移复合物TTF-TCNQ在Au（111）表面则构筑了层状吸附结构,而且分子不再以平躺形式进行吸附,而是采取肩并肩站立的方式堆积成有序结构,与单纯两种分子在吸附结构和吸附方式上均不相同,如图2所示.此时π-π堆积作用在分子的组装过程中占据主导地位,该堆积方式与TTF-TCNQ单晶和薄膜的结构具有一定的相似性.     

铂纳米粒子电极上NO吸附和还原的CV及原位FTIR研究

运用电化学循环伏安法(CV)和原位傅里叶变换红外反射光谱(in situ FTIRS)研究了酸性介质中铂纳米粒子电极(nm-Pt/GC)上NO吸附及其电催化还原过程.结果表明,NO分子的吸附是电催化还原的重要步骤.在铂纳米粒子电极上饱和吸附的NO存在两种不同键合强度的吸附态,其中弱吸附的NO(NOW)在0.60 V至-0.05 V电位区间还原生成N2O和NH4+;而强吸附的NO(NOS)则在-0.05 V至-0.15 V区间还原,其产物为NH+.     

TiO2电极表面氰基吡啶吸附的电化学SERS光谱

采用基于核壳纳米粒子的壳层隔绝纳米粒子增强拉曼(SHINERS)以及Au纳米粒子增强技术, 对比研究了4-氰基吡啶(4-CNPy)在TiO2表面的吸附行为. 结果表明, 采用2种技术所获得的光谱存在明显的差别. 利用前者得到了4-CNPy在TiO2电极上随电极电位变化的吸附方式. 在电位为0时, 分子以吡啶环上的N垂直吸附; 随电位负移, 部分分子变为倾斜吸附, 且在电位为-1.0 V时倾斜角度变大. 在正电位区间, 分子始终以吡啶环上的N垂直吸附. 而采用Au纳米粒子滴加在TiO2电极上的方式, 则得到吸附在TiO2, Au及TiO2/Au复合结构上的总光谱信息.     

甲醇在欠电位沉积Sn/Pt电极上催化氧化

在欠电位沉积（upd）锡修饰的铂电极（upd-Sn/Pt）上,对甲醇电化学催化氧化过程进行了研究.发现当Pt表面upd-Sn的覆盖率在20％附近时,对甲醇的催化氧化的增强作用最为明显；在电位低于0.35 V （vs RHE）时,甲醇在Pt与upd-Sn/Pt电极上氧化只进行到脱氢生成CO的步骤;在0.35 V以后,表面Sn－OH形成,反应Sn－OH＋COads=Sn＋CO2＋H＋＋e有利于表面CO的去除;而Pt电极上,只有0.6 V以后,才有反应Pt－OH＋COads=Pt＋CO2＋H＋＋e发生.因此,Sn的存在有利于甲醇在较低的电位下氧化; Pt电极上CH3OH脱氢并释放出电子的过程是一个快速的过程,表面CO的去除是甲醇氧化过程的控制步骤;甲醇氧化产生的表面吸附态CO 以线式吸附为主,少量的桥式吸附态CO在反应初期即达到吸附饱和; Pt表面上upd-Sn表现的催化增强作用,在光亮铂电极和在高分散铂黑电极上是一致的.     

离子液体中硫氰根在铂电极上吸附行为的SERS研究

利用表面增强拉曼光谱(SERS)研究了室温离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氟硼酸盐([BMIM]BF4)中SCN-在Pt电极表面的吸附行为. 研究结果表明, 离子液体中SCN-在较宽的电位范围内吸附在Pt电极上, 且SCN-的吸附方式随着电位区间的变化而变化, 在不同的电位区间内检测到了不同的Stark位移: -0.9~0.4 V约为34 cm-1/V, 对应于S端吸附; -1.6~-1.2 V约为40 cm-1/V, 该区间以N端吸附为主, 中间电位区间为吸附方式的转变区, 且Pt电极在离子液体[BMIM]BF4中的零电荷电位约为-1.1 V(vs. Pt ).     

铂电极上吸附芳香分子的表面增强红外光谱研究

应用衰减全反射表面增强红外吸收光谱法分别研究了0.1 mol•L^－1 HClO₄中对硝基苯甲酸(PNBA)和0.1 mol•L^－1 KClO₄中吡啶(Py)在铂电极上的吸脱附. 结果表明在较高电位下(0.3～0.7 V vs. SCE) PNBA是通过其羧基脱质子后羧酸根的两个氧原子等位吸附在Pt电极表面, 而随着电位的负移, 除PNBA逐步脱附外, 还呈现出单个氧原子吸附的谱学特征. 光谱强度与电位的关系表明PNBA在铂电极表面吸脱附的中间电位约为0.2 V vs. SCE. 吡啶的吸附主要是通过氮原子的孤对电子及脱氢后的α碳原子与Pt电极表面键合. 在较宽的电位区间(0.4～－0.4 V vs. SCE)吡啶的吸附方式和取向基本维持不变.     

纳米金膜电极上CN~-吸附的电化学和原位红外反射光谱研究

应用循环伏安(CV)和原位红外反射光谱(in situFTIRS)研究碱性介质中氰(CN-)在纳米金膜电极(nm-Au/GC)上的吸附行为.结果显示,当研究电极电位低于0.0 V时,CN-可稳定吸附在nm-Au/GC电极表面,高于0.0 V,则发生氧化脱附.发现nm-Au/GC表面具有异常红外效应(AIREs),即吸附态CN-谱峰呈现出与本体Au电极不同的方向倒反、红外吸收增强(39.2倍)以及半峰宽增加的异常光谱特征.本研究将纳米薄膜材料的这一AIREs从过渡金属拓展到币族金属,进一步证明AIREs是迄今研究的金属及合金纳米材料的普遍特性.     

电化学原位表面增强拉曼光谱研究Au@Pd纳米粒子薄膜电极上吸附 CO的斯塔克效应

电化学 Stark效应是指电极溶液界面的吸附物或金属-吸附物之间的化学键的振动频率随电极电势而发生变化的现象.研究该效应,可以更好地理解吸附物与基底的相互作用(如吸附构型、吸附取向和覆盖度等随电位的变化),也可反过来推断电极基底的电子构型及其随电势的变化规律,对理解电化学双电层的结构以及电催化反应的构效关系都很有帮助.多年以来,电极表面吸附 CO的电化学 Stark效应广受关注,是由于 CO为很多小分子氧化的中间产物,研究 CO的谱学行为,可加深对 CO以及其它能产生 CO中间物有机小分子的电催化氧化机理和动力学的理解;另一方面, CO与过渡金属之间普遍存在s给电子以及p反馈电子作用,因此 CO也可作为探针分子,通过考察 COad以及 M–COad的振动频率的变化,可推断相应条件下基底的电子与几何结构等信息.
　　本文使用电化学原位表面增强拉曼技术,在一个大的电势范围内考察了 Au@Pd纳米粒子薄膜电极上饱和吸附 CO的振动光谱行为,以期更好地理解 COad与基底的成键作用与电极电势之间的关系.由于纯 Pd电极表面的拉曼信号太弱,实验使用具有核壳结构的 Au@Pd纳米粒子薄膜作为模型电极,并利用 Au核的拉曼增强特性.宽广的电势范围约–1.5到0.55V vs. NHE,通过使用酸性、中性以及碱性电解质得以实现.实验考察的电势上限由 COad氧化起始电位决定,而下限由强烈氢析干扰测量所限制.结果表明,在检测的电势范围内, C–OM(M指在电极表面的桥式吸附CO和穴位吸附 CO所形成的谱带重叠)和 Pd–COM键的振动频率可以分为三段： dνC–OM/dE在–1.5~–1.2 V范围内是185~207 cm–1/V,在–1.2~–0.15 V是83~84 cm–1/V,在–0.2~0.55 V是43 cm–1/V;而 dνPd–COM/dE在–1.5~–1.2 V范围内是–10~–8 cm–1/V,在–1.2~–0.15 V是–31~–30 cm–1/V,在–0.2~0.55 V是–15 cm–1/V.与同时记录的极化曲线对比,认为在中性和碱性介质中所观察到 dνC–OM/dE在–1.2 V附近的急剧变化与电极表面发生了强烈的析氢反应有关.另外,结合密度泛函理论模型计算,认为共吸附的 H减少了 COad从桥式构型到穴位构型的转变,在酸性介质中这种变化不明显,可能是由于对应的电势较高,桥式吸附的 CO比例越大,桥式向穴位的转变本身相对较少.     

表面增强拉曼光谱研究吸附态的变化

测量了吡啶分子在电化学处理的银表面和亚甲基蓝分子在硝酸刻蚀银表面的表面增强拉曼光谱（ＳＥＲＳ）．对ＳＥＲＳ谱线的分析结果表明，吡啶分子在较低的表面吸附分子密度时倾向于平躺方式；而在较高的表面分子密度时，则倾向于向垂直吸附态转化．亚甲基蓝分子在较低浓度时主要是平躺吸附，随Ｃｌ－浓度的增加，亚甲基蓝从“平躺”吸附态转向“站立”吸附态．     

银电极上4-氨基安替比林原位表面增强拉曼光谱电化学

在银电极表面4-氨基安替比林(4-AAP)分子自组装,形成单分子膜层.应用表面增强拉曼散射(SERS)光谱原位考察不同电位下4-AAP在电极表面的吸附机理及其组装液pH值对组装分子与银作用方式的影响.依据密度泛函数(DFT)理论预测4-AAP分子振动模式及其SERS光谱归属.结果表明:在开路电位下,组装层中的4-AAP分子以N15和O3为位点,由苯环倾斜和比林环垂直的方式吸附在银表面;但随着外加电位负移,4-AAP分子的苯环趋于垂直吸附而比林环则逐渐以平行方式靠近银表面.在-0.8V电位下,4-AAP分子从银表面脱附.酸性溶液中组装,形成的4-AAP膜层以N15和O3为位点吸附于银表面,比林环倾斜而苯环直立;碱性条件下,分子的吸附位点不变,比林环呈平行取向,而苯环倾斜于银表面.