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.     

半冠醚配体在Au(111)电极表面上的有序阵列的原位STM研究

利用电化学扫描隧道显微术(ECSTM)和循环伏安法, 研究了三个半冠醚配体在Au(111)表面上的吸附结构. 虽然配体分子的几何结构复杂、对称性较差, 但在Au(111)电极表面, 均形成了有序的阵列, 这是分子-分子间相互作用与分子-基底间相互作用平衡的结果. 高分辨率STM图像揭示了有序阵列中分子的内部结构、取向、排列方式等. 该研究为通过过渡金属调控的纳米结构制备提供了实验依据.     

电化学方法和表面增强拉曼光谱技术研究钴电极表面咪唑的吸附和缓蚀行为

利用电化学和表面增强拉曼光谱方法研究了咪唑和钴电极的相互作用. 分析并指认了不同电极电位下咪唑溶液中钴电极上的表面增强拉曼光谱(SERS), 发现随电极电位的变化, 在钴电极表面存在三种表面物种并且可以在一定程度上相互转化. 在较负电位(−1.2~−0.9 V)区间, 咪唑在钴电极表面以吸附物种为主, 随电位正移, 吸附取向由通过吡啶N垂直吸附逐渐向C2=N3双键倾斜; 在较正电位区间(−0.8~−0.7 V)内, 吸附咪唑的信号逐渐减弱乃至消失, 而钴和咪唑的络合物信号逐渐增强; 开路电位(−0.6 V)下出现很强的钴的氧化物谱峰. 同时, 文中比较了钴电极表面在空白溶液和加入咪唑后的溶液中的极化曲线, 发现咪唑对钴电极的缓蚀作用较为明显. 该研究结果表明, 联合表面增强拉曼光谱技术和电化学方法使得人们可以从分子水平上了解表面物种和电极表面间复杂的相互作用.     

苯硫酚及其衍生物在银电极表面的吸附取向

采用表面增强拉曼光谱技术研究了苯硫酚及其功能衍生物，对巯基苯胺和对苯硫酚在粗糙银电极上的吸附取向特征。结果表明：虽然3种分子的结构类似，但对位取代基直接影响各分子在电极上的吸附取向。3种分子都通过硫原子与银电极形成S-Ag键吸附在电极表面。苯硫酚采用倾斜的方式吸附，使得苯环与基底间表现一定程度的相互作用；吸附的对巯基苯胺则因质子化氨基间的静电相互作用而完全垂直于电极表面；而对苯硫酚则采用平躺于电极表面的方式吸附，致使苯环π体系与基底银之间具有较强的相互作用。     

甲酸在Au（997）台阶表面的氧化反应

金催化是纳米催化的代表性体系之一,但对金催化作用的理解还存在争议,特别是金颗粒尺寸对其催化作用的影响.金颗粒尺寸减小导致的表面结构主要变化之一是表面配位不饱和金原子密度的增加,因此研究金原子配位结构对其催化作用的影响对于理解金催化作用尺寸依赖性具有重要意义.具有不同配位结构的金颗粒表面可以利用金台阶单晶表面来模拟.我们研究组以同时具有Au(111)平台和Au(111)台阶的Au(997)台阶表面为模型表面,发现Au(111)台阶原子在CO氧化、NO氧化和NO分解反应中表现出与Au(111)平台原子不同的催化性能.负载型Au颗粒催化甲酸氧化反应是重要的Au催化反应之一.本文利用程序升温脱附/反应谱(TDS/TPRS)和X射线光电子能谱(XPS)研究了甲酸在清洁的和原子氧覆盖的Au(997)表面的吸附和氧化反应,观察到Au(111)台阶原子和Au(111)平台原子不同的催化甲酸根氧化反应行为.与甲酸根强相互作用的Au(111)台阶原子表现出比与甲酸根弱相互作用的Au(111)平台原子更高的催化甲酸根与原子氧发生氧化反应的反应活化能.在清洁Au(997)表面,甲酸分子发生可逆的分子吸附和脱附.甲酸分子在Au(111)台阶原子的吸附强于在Au(111)平台原子的吸附. TDS结果表明,吸附在Au(111)台阶原子的甲酸分子的脱附温度在190 K,吸附在Au(111)平台原子的甲酸分子的
　　脱附温度在170 K. XPS结果表明,分子吸附甲酸的C 1s和O 1s结合能分别位于289.1和532.8 eV.利用多层NO2的分解反应在Au(997)表面控制制备具有不同原子氧吸附位和覆盖度的原子氧覆盖Au(997)表面,包括氧原子吸附在(111)台阶位的0.02 ML-O(a)/Au(997)、氧原子同时吸附在(111)台阶位和(111)平台位的0.12 ML-O(a)/Au(997)、氧原子和氧岛吸附在(111)平台位和氧原子吸附在(111)台阶位的0.26 ML-O(a)/Au(997). TPRS和XPS结果表明,甲酸分子在105 K与Au(997)表面原子氧物种反应生成甲酸根和羟基物种,但甲酸根物种的进一步氧化反应依赖于Au原子配位结构和各种表面物种的相对覆盖度.在0.02 ML-O(a)/Au(997)表面暴露0.5 L甲酸时, Au(111)台阶位氧原子完全反应,甲酸过量.表面物种是Au(111)台阶位吸附的甲酸根、羟基和甲酸分子.在加热过程中,甲酸分子与羟基在181 K反应生成甲酸根和气相水分子(HCOOH(a)+ OH(a)= H2O + HCOO(a)),甲酸根在340 K发生歧化反应生成气相HCOOH和CO2分子(2HCOO(a)= CO2+ HCOOH).在0.12 ML-O(a)/Au(997)和0.26 ML-O(a)/Au(997)表面暴露0.5 L甲酸时,甲酸分子完全反应,原子氧过量.表面物种是Au(111)平台位和Au(111)台阶位吸附的甲酸根、羟基和原子氧.在加热过程中, Au(111)平台位和Au(111)台阶位的甲酸根分别在309和340 K同时发生氧化反应(HCOO(a)+ O(a)= H2O + CO2)和歧化反应(2HCOO(a)= CO2+ HCOOH)生成气相CO2, H2O和HCOOH分子.在0.26 ML-O(a)/Au(997)表面暴露10 L甲酸时,甲酸分子和原子氧均未完全消耗.表面物种是Au(111)平台位和Au(111)台阶位吸附的甲酸根、羟基、甲酸分子和原子氧.在加热过程中,除了上述甲酸根的氧化反应和歧化反应,还发生171 K的甲酸分子与羟基的反应(HCOOH(a)+ OH(a)= H2O + HCOO(a))和216 K的羟基并和反应(OH(a)+ OH(a)= H2O + O(a)).     

甲酸在Au(997)台阶表面的氧化反应（英文）

金催化是纳米催化的代表性体系之一,但对金催化作用的理解还存在争议,特别是金颗粒尺寸对其催化作用的影响.金颗粒尺寸减小导致的表面结构主要变化之一是表面配位不饱和金原子密度的增加,因此研究金原子配位结构对其催化作用的影响对于理解金催化作用尺寸依赖性具有重要意义.具有不同配位结构的金颗粒表面可以利用金台阶单晶表面来模拟.我们研究组以同时具有Au(111)平台和Au(111)台阶的Au(997)台阶表面为模型表面,发现Au(111)台阶原子在CO氧化、NO氧化和NO分解反应中表现出与Au(111)平台原子不同的催化性能.负载型Au颗粒催化甲酸氧化反应是重要的Au催化反应之一.本文利用程序升温脱附/反应谱(TDS/TPRS)和X射线光电子能谱(XPS)研究了甲酸在清洁的和原子氧覆盖的Au(997)表面的吸附和氧化反应,观察到Au(111)台阶原子和Au(111)平台原子不同的催化甲酸根氧化反应行为.与甲酸根强相互作用的Au(111)台阶原子表现出比与甲酸根弱相互作用的Au(111)平台原子更高的催化甲酸根与原子氧发生氧化反应的反应活化能.在清洁Au(997)表面,甲酸分子发生可逆的分子吸附和脱附.甲酸分子在Au(111)台阶原子的吸附强于在Au(111)平台原子的吸附.TDS结果表明,吸附在Au(111)台阶原子的甲酸分子的脱附温度在190 K,吸附在Au(111)平台原子的甲酸分子的脱附温度在170 K.XPS结果表明,分子吸附甲酸的C 1s和O 1s结合能分别位于289.1和532.8 e V.利用多层NO_2的分解反应在Au(997)表面控制制备具有不同原子氧吸附位和覆盖度的原子氧覆盖Au(997)表面,包括氧原子吸附在(111)台阶位的0.02 ML-O(a)/Au(997)、氧原子同时吸附在(111)台阶位和(111)平台位的0.12 ML-O(a)/Au(997)、氧原子和氧岛吸附在(111)平台位和氧原子吸附在(111)台阶位的0.26 ML-O(a)/Au(997).TPRS和XPS结果表明,甲酸分子在105 K与Au(997)表面原子氧物种反应生成甲酸根和羟基物种,但甲酸根物种的进一步氧化反应依赖于Au原子配位结构和各种表面物种的相对覆盖度.在0.02 ML-O(a)/Au(997)表面暴露0.5 L甲酸时,Au(111)台阶位氧原子完全反应,甲酸过量.表面物种是Au(111)台阶位吸附的甲酸根、羟基和甲酸分子.在加热过程中,甲酸分子与羟基在181 K反应生成甲酸根和气相水分子(HCOOH(a)+OH(a)=H_2O+HCOO(a)),甲酸根在340 K发生歧化反应生成气相HCOOH和CO_2分子(2HCOO(a)=CO_2+HCOOH).在0.12 ML-O(a)/Au(997)和0.26 ML-O(a)/Au(997)表面暴露0.5 L甲酸时,甲酸分子完全反应,原子氧过量.表面物种是Au(111)平台位和Au(111)台阶位吸附的甲酸根、羟基和原子氧.在加热过程中,Au(111)平台位和Au(111)台阶位的甲酸根分别在309和340 K同时发生氧化反应(HCOO(a)+O(a)=H_2O+CO_2)和歧化反应(2HCOO(a)=CO_2+HCOOH)生成气相CO_2,H_2O和HCOOH分子.在0.26 ML-O(a)/Au(997)表面暴露10 L甲酸时,甲酸分子和原子氧均未完全消耗.表面物种是Au(111)平台位和Au(111)台阶位吸附的甲酸根、羟基、甲酸分子和原子氧.在加热过程中,除了上述甲酸根的氧化反应和歧化反应,还发生171 K的甲酸分子与羟基的反应(HCOOH(a)+OH(a)=H_2O+HCOO(a))和216 K的羟基并和反应(OH(a)+OH(a)=H_2O+O(a)).     

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A...     

meso-四(对甲氧基苯基)卟啉钴在货币金属单晶表面的吸附与自组装研究

利用超高真空低温扫描隧道显微镜系统研究了meso-四对甲氧基苯基卟啉钴分子在Au(111)、Ag(111)和Cu(111)表面的吸附与自组装.该分子在金属表面可以形成两种组装结构A和B.在结构A中,分子间的相互作用主要为π-π堆叠,仅在Au(111)和Ag(111)表面被实验观察到;在结构B中,分子间的相互作用为氢键,仅在Ag(111)和Cu(111)表面被实验观察到.分子-衬底相互作用的差异所引起的分子吸附构象变化被认为是导致不同衬底上的分子形成不同组装结构的原因.研究发现在不同衬底上,分子形成自组装结构的行为存在明显差异.在相近覆盖度下,未参与组装的分子的比例在Cu(111)表面最高, Au(111)次之, Ag(111)最低.表面上参与形成两种组装结构的分子与未参与组装的分子的比例还可通过覆盖度和退火来进行调控.     

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.     

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.     

Au催化剂对于碱性电解质中氧气电化学还原反应的纳米尺寸效应

使用旋转电极技术考察了一系列碳载金纳米颗粒(颗粒平均尺寸处在3~14 nm)在碱性电解质(0.5 mol/L KOH)中对氧还原反应的催化行为.随着金纳米颗粒尺寸由14 nm下降至3 nm,其对氧还原反应的本征活性和质量比活性均呈现持续走高趋势; 但金颗粒的纳米尺寸对氧还原反应的机理及分子氧还原过程中的电子转移数目并无显著影响.使用高分辨透射电镜技术表征了金纳米颗粒的形貌,通过对金颗粒表面不同位置原子的比例进行估算,发现金颗粒表面高能原子所占比例与金对氧还原反应的本征活性密切相关,表明高能表面原子决定着金催化剂对氧还原反应的本征活性.此外,还将金纳米颗粒对氧还原反应的本征催化活性与其表面电子结构进行了关联.     

Au/PATP/PANI膜电极和Au/PATP/PANI/TiO2膜电极的光电化学

聚苯胺（PANI）是一种结构、 性质不同于聚乙炔和聚吡咯的新型导电高聚物,有着十分广泛的应用[1,2].近年来利用光电化学研究聚苯胺的电子结构、 掺杂情况引起人们的重视[3～5].在酸性溶液中电聚合制备聚苯胺的循环伏安曲线上出现两对氧化还原峰,其峰值电位分别为E11/2=0.13 V和E21/2=0.7 V(对饱和甘汞电极).通过改变电极电位,可获得部分氧化态、还原态、氧化态等3种状态的聚苯胺.部分氧化态具有金属导电性,还原态和氧化态均为绝缘体.本文测量3种状态聚苯胺膜电极的光电响应,首次得到其光电流谱,发现聚苯胺一些新的光电化学实验结果.提出了覆盖绝缘体的金属内发射的光电化学模型.同时,在聚苯胺膜上电沉积纳米TiO2微粒膜,得到广谱区的复合光电材料.     

电聚合苯胺过程的在线紫外-可见光谱

用在线紫外-可见光谱电化学的方法对0.5mol/L硫酸水溶液中苯胺在ITO导电玻璃电极上的电化学聚的过程进行了研究.结果表明在循环伏安条件下苯胺发生了电聚合,聚合速率与苯胺浓度成正关系;而且在线紫外-可见电化学光谱表明,在0.01mol/L苯胺溶液的电聚合过程的诱导期较长.恒电位条件下的在线紫外-可见电化学光谱显示苯胺浓度为0.05mol/L,电位为0.8V时,在ITO电极上苯胺低聚合物中间体可能产生于聚苯胺形成之前;而0.01mol/L苯胺在0.8V电位下不发生聚合,但在线紫外-可见光谱又显示此时在电极上可能存在小的苯胺低聚物的中间体;在线紫外-可见光谱表明这种中间体是可能产生并存在电极表面上的.     

2,5-巯基-1,3,4-硫代二氮唑自组装金电极测定银(I)

制备了2,5-巯基-1,3,4-硫代二氮唑(DMTD)自组装单分子层修饰金电极,用电化学阻抗谱进行了表征,研究了Ag(I)在该电极上的电化学行为并用差分脉冲阳极溶出伏安法对其进行了测定。结果表明,DMTD/Au电极能显著提高Ag(I)测定的灵敏度和选择性,Ag(I)浓度在9.4×10-7～8.0×10-6mol/L范围内,氧化峰电流与Ag(I)呈现良好的线性关系,检出限为2×10-7 mol/L。该自组装电极可用于水样的测定。     

锌电极电化学行为Ⅵ.锌粉在碱性电解液中的电化学腐蚀

锌电极是广泛使用于一次和二次电池中的阳极材料. 在二次电池中主要是以锌粉作为电极材料. 长期以来,由于锌粉电极在充放电过程中发生形变和枝晶生长等^[1],致使它组成的二 次电池循环寿命差. 为了研究锌粉在碱性电解液中的腐蚀行为,人们通常是使用锌盘电极来模拟锌粉的情况^[2]. 但是锌盘与锌粉不同. 为此,我们采用电解沉积锌粉于锌盘电极上,制成 粉状电极研究锌粉在碱性溶液中的腐蚀行为及一些非离子型有机缓蚀剂对锌粉的缓蚀作用     

电化学石英晶体阻抗系统研究金电极上Fe(CN)_6~(3-)/Fe(CN)_6~(4-)电化学过程

电化学过程的石英晶体阻抗分析法已用于现场获取电活性聚合物粘弹性等信息［１,２］．本文联用ＨＰ４３９５Ａ阻抗／网络／频谱分析仪和ＥＧ＆ＧＭ２８３恒电位仪开发出电化学石英晶体阻抗系统（ＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＱｕａｒｔｚＣｒｙｓｔａｌＩｍｐｅｄａｎ...     

Electrochemical behavior of thiamine on a self-assembled gold electrode and its square-wave voltammetric determination in pharmaceutical preparations.

The electrochemical behavior of thiamine on a self-assembled electrode of L-cysteine (Cys/SAM/Au) has been investigated and Cys/SAM/Au can be used to detect thiamine using square-wave voltammetry (SWV). At pH 11.40 Britton-Robinson buffer, thiamine exhibits a well-defined anodic peak on Cys/SAM/Au. Under the optimized conditions, the anodic peak current of SWV was linear with the content of thiamine in the range of 1.1 x 10(-8) - 2.2 x 10(-6) mol/L; the detection limit was 5.5 x 10(-9) mol/L. The method was successfully applied to the determination of thiamine in pharmaceutical preparations.     

溶胶-凝胶法制备改性TiO2纳米薄膜及其防腐蚀性能

应用溶胶-凝胶法和浸渍提拉技术在316L不锈钢表面分别制备TiO2纳米膜和 B-Fe-Ce改性的TiO2纳米膜. 采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、原子力显微镜(AFM)、拉曼光谱法和能量分散谱(EDS)对薄膜进行表征,通过电化学阻抗谱(EIS)和动电位阳极极化曲线的测试考察薄膜的耐蚀性及对不锈钢的保护性能. 结果表明:两种纳米薄膜均含锐钛矿型的TiO2纳米颗粒,纯TiO2纳米膜与改性后的纳米膜中颗粒直径分别约为15和10 nm. TiO2/316L不锈钢和 B-Fe-Ce-TiO2/316L不锈钢膜电极浸泡在0.5 mo.lL-1 NaCl溶液后,后者的电化学反应电阻较大,动电位阳极极化曲线的稳定钝化区较宽,击穿电位更高,说明改性的纳米膜的耐蚀性及其保护性能更好.     

Electrooxidation mechanisms and discharge characteristics of borohydride on different catalytic metal surfaces

The electrooxidation behavior of BH4(-) on electrocatalytic Pt, hydrolytically active Ni, and noncatalytic Au electrodes were comparatively reexamined and a more generalized reaction mechanism was proposed to explain the very different anodic properties of BH4(-) on the different metal electrodes. In this mechanism, the anodic reaction behavior of BH4(-) are determined by a pair of conjugated reactions: electrochemical oxidation and chemical hydrolysis of BH4(-), the relative rates of which depend on the anodic materials, applied potentials, and chemical states of the anodic surfaces. At Pt surface, the electron number of BH4(-) oxidation increases with the increased potential polarization, while the actual electron number of BH4(-) oxidation on Ni electrode is 4 at most due to the poor electrocatalytic activity of the oxidized Ni surface and the strong catalytic activity of metallic Ni for chemical recombination of the adsorbed H intermediate. On the hydrolytic-inactive Au surface, the anodic reaction of BH4(-) can proceed predominately through direct electrochemical oxidation, delivering a near 8e discharge capacity.     

甲醇是极氧化的现场FTIR透射差谱研究

利用现场透射红外差谱方法研究了在无水1mol/LiClO~4甲醇溶液中甲醇在Pt电极上的阳极氧化。实验采用了细网格Pt电极和薄层电解池。各电位下的FTIR透射差谱反映了溶液中电极反应的变化。结果表明甲醇可被氧化成甲醛,且随电位的提高可进一步氧化成甲酸甲酯。