四氮杂杯芳烃三嗪衍生物在Au(111)表面的自组装结构的电化学STM研究

利用电化学扫描隧道显微镜和循环伏安法研究了一种新型的杂杯杂芳烃四氮杂杯芳烃三嗪衍生物在Au(111)表面的自组装结构. 高分辨的STM图像表明, 该杂杯杂芳烃可以在Au(111)表面形成长程有序的单层膜. 此外, 分子以1,3-交替构象吸附, 两个三嗪环平躺在表面, 而苯环倾斜吸附在基底上, 这是分子间与分子-基底间相互作用平衡的结果.     

Au(111)面甲烷硫醇吸附的密度泛函理论研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法和平板模型研究了CH₃SH分子在Au(111)表面的吸附构型和电子结构. 系统地计算了S原子在不同位置以不同方式吸附的系列构型, 计算结果表明, CH₃SH分子倾向于吸附在top位上, S-C键相对于Au表面法线的夹角为62°～78°|而S-H键断裂后CH₃S_H则倾向于吸附在bri-fcc位上, S-C键相对于Au(111)表面法线的夹角为49°～57°. 比较分析CH₃SH分子和CH₃S_H的吸附, 发现CH₃SH分子倾向于不解离吸附, 表面温度的提升和缺陷的出现可能促使S-H键的断裂. 通过比较S原子在独立的CH₃SH分子和吸附状态下的局域态密度, 发现S-H键断裂后S原子和表面的键合强于S-H键未断裂时S原子和表面的键合. 扫描隧道显微镜(STM)图像模拟显示了CH₃SH和CH₃S_H在Au(111)表面吸附的3个典型的STM图像.     

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.     

溶剂对自组装单分子膜电化学行为的影响

用循环伏安法、交流阻抗分析和STM研究了溶剂对自组装单分子膜电化学行为的影响.讨论了以丙酮、二甲基亚砜、乙醇、二甲基甲酰胺和水为溶剂制备的4-羟基-6-甲基-2-巯基嘧啶(HMMP)自组装单分子膜对抗坏血酸(AA)、多巴胺(DA)的电化学行为.结果表明,不同溶剂下制备的单分子膜对AA和DA的催化氧化表现出截然不同的行为;交流阻抗分析定量得出HMMP(丙酮)/Au电极与HMMP(二甲基亚砜)/Au电极的交换电流密度分别为1.14μA/cm²和2.04μA/cm²,电极表面覆盖度分别为93.2%和96.2%,STM图象显示出以丙酮和二甲基亚砜为溶剂制备的单分子膜具有不同的致密性和有序性.     

电化学组装法制备对-巯基苯胺/聚苯胺纳米有序导电聚合物膜

提出了制备二维纳米有序有机导电聚合物膜的新方法--电化学组装法,应用该方法在电位脉冲的作用下使苯胺聚合到对-巯基苯胺修饰的金电极上,获得了致密、有序的对-巯基苯胺/聚苯胺(p-aminothiolphenol/polyaniline,PATP/PANI)导电寡聚物薄膜.用STM研究了Au(111)/PATP、Au(111)/PATP/PANI膜表面的二维有序性,用SERS谱表征了Au(粗糙表面)/PATP、Au(粗糙表面)/PATP/PANI膜的结构和成分,并以[Fe(CN)₆]^3-/[Fe(CN)₆]^4-为探针研究了其电子传递性能.结果表明用电化学组装法制备的PATP/PANI膜在纳米尺度上是二维有序的,且具有良好的电子传递性能.     

一种新型C60-硫醚衍生物分子在金表面上的自组装

报导了一种新型C60 硫醚分子在金表面上自组装膜的形成,并通过接触角、扫描隧道显微术（STM）、X射线光电子能谱（XPS）、电化学和光电化学手段对其进行表征.高分辩STM形貌图证明,在Au(111)基底上C60基团存在并直观显示出特殊的单层膜结构. XPS分析表明,这一新型C60 硫醚分子是通过金硫键固定在金表面上的,并且在组装过程中存在分子内碳硫键断裂步骤.     

离子液体中Au(111)和Pt(111)表面Ge欠电位沉积的现场STM研究

本文研究BMIPF₆离子液体中Au(111)和Pt(111)表面Ge的电沉积行为. 循环伏安法测试结果表明,在含0.1 mol·L^-1 GeCl₄的BMIPF₆溶液Au(111)和Pt(111)表面均有两个与Ge沉积过程相关的还原峰. 第一个还原峰包含了Ge⁴⁺还原成Ge²⁺及Ge的欠电位沉积,第二个还原峰对应Ge的本体沉积. 现场扫描隧道显微镜研究结果表明,Ge在Au(111)和Pt(111)表面均有两层欠电位沉积. 第一层欠电位沉积厚度约为0.25 nm、形貌平整、带有缝隙的亚单层结构. 第二层欠电位沉积形貌相对粗糙的点状团簇结构. 该欠电位沉积过程伴随表面合金化.     

金属-有机配合物分子在Au(111)表面的吸附行为

用STM对含氧桥的金属-有机配合物[Cu₂(μ-O)(dptap)4(NO₃)₂]分子在Au(111)表面的吸附行为进行了研究. STM结果表明, 该分子同时存在非解离吸附和解离吸附, 大部分分子在Au(111)面形成有规则的排列, 少量分子发生解离吸附, 并形成(√3×√3)R30°Cu原子吸附结构. 探讨了两种吸附现象共存的起因.     

单原子分散的Au/Cu(111)表面合金的表面结构与吸附性质

Au-Cu双金属合金纳米颗粒对包括CO氧化和CO2还原等在内的多个反应有较好的催化活性,然而关于其表面性质的研究却相当匮乏。在此工作中,我们通过对低覆盖度的Au/Cu(111)和Cu/Au(111)双金属薄膜退火,制备出了单原子级分散的Au/Cu(111)和Cu/Au(111)合金化表面,并利用高分辨扫描隧道显微镜(STM)和扫描隧道谱(STS)进一步研究了掺杂原子的电子性质及其对CO吸附行为的影响。研究发现,分散在Cu(111)表面的表层和次表层Au单原子在STM上表现出不同衬度。在-0.5 e V附近,前者表现出相较于Cu(111)明显增强的电子态密度,而后者则明显减弱。吸附实验表明表层Au单原子对CO的吸附能力并没有得到增强,甚至会减弱其周围Cu原子的吸附能力。与Au在Cu(111)表面较好的分散相反,Cu原子倾向于钻入Au(111)的次表层,并且形成多原子聚集体。且Cu原子受Au(111)衬底吸电子作用的影响,其对CO的吸附能力明显减弱。这个研究结果揭示了合金表面的微观结构与性质的关联,为进一步阐明Au-Cu双金属催化剂的表面反应机理提供参考。     

碱基腺嘌呤与胸腺嘧啶在Au(111)电极上的共吸附

用循环伏安法(CV)和电化学扫描隧道显微镜(ECSTM)在HClO4溶液中研究了配对碱基腺嘌呤(Adenine,A)与胸腺嘧啶(Thymine,T)在Au(111)电极上的共吸附行为.CV曲线表明,A和T的电化学共吸附行为更接近于A的电化学吸附行为.高分辨STM图像显示,在物理吸附区域碱基A和T分子之间通过氢键作用形成一种不同于单组分的网络结构.根据STM图像提出一个可能的模型,并给出了在Au(111)电极上共吸附时A和T分子之间可能的氢键作用方式.     

Au单晶电极上H2O2的氧化反应研究

本文利用旋转圆盘电极系统研究了酸性介质中H₂O₂在Au(100)和Au(111)电极表面的电化学行为. 实验发现在Au电极上H₂O₂难以发生还原,但是当电位稍微正于H₂O₂氧化为O₂的平衡电势时即可发生氧化. 在Au(111)上H₂O₂氧化的起始电位比在Au(100)正0.1 V左右. Au(100)上的双桥位位点能增强反应中间体*OOH的吸附,可能是导致Au(100)上H₂O₂氧化反应超电势比Au(111)低的主要原因. 在较正电位区(E>1.2 V), 当电极表面被氧物种覆盖时,H₂O₂在两个电极上的氧化都会受到一定程度的抑制,这种影响在Au(111)上比Au(100)上更加明显,这与Au(111)上氧物种的生成与逆向还原可逆性差的趋势一致. 最后还将Au与Pt单晶电极上H₂O₂氧化的行为进行了对比分析.     

三维纳米枝状物表面制备蛋白质印迹聚合物及其性能

在金电极表面制备了3D金/铜纳米枝状物,并以丙烯酰胺为功能单体,N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,血红蛋白为模板分子,在枝状物表面成功制备了蛋白质印迹聚合物。利用循环伏安法和扫描电子显微镜对制备的聚合物修饰电极进行了表征,通过微分脉冲伏安法、利用制备的聚合物修饰电极可对溶液中的血红蛋白进行检测,得到比已报道的类似印迹传感器更宽的检测范围和更低的检测下限,其线性范围为1.0×10~(-14)~1.0×10~(-1)mg/L,检测限为1.9×10~(-15)mg/L(S/N=3),相关系数为0.9975。实验结果表明,在电极表面制备的金/铜纳米枝状物,大大提高了电极的电子传递能力,也提高了印迹聚合物修饰电极的检测范围。     

Al2O3/Au(111)反相催化剂在CO氧化反应中界面作用的理论研究

氧化物负载的金催化剂具有温和条件下优异的CO催化氧化活性。实验与理论计算表明,金与氧化物两相界面在催化反应过程中具有重要地位。反相催化剂提供了全新的角度以探究界面的重要地位。本文以Au（111）表面负载Al₂O₃团簇为反相催化剂模型,基于密度泛函理论,对催化剂模型的构型、界面性质以及O₂、CO的吸附与氧化进行了理论计算与研究。理论计算表明：电荷的迁移增强了Al₂O₃小团簇在Au（111）表面的附着,在催化剂金表面与氧化铝的两相界面位置,Au原子与Al原子的协同作用使得氧分子易于在界面位置吸附,并因此高度活化。对催化CO氧化反应路径,分别计算了缔合机理和解离机理不同路径,从活化能分析表明缔合机理比解离机理更可能发生。本文的工作揭示了反相催化剂催化CO氧化的活性本质,表明两相界面在金催化CO氧化中具有重要作用。     

Au/L-Met/GC电极的H2O2电催化氧化

在无额外的添加剂和保护剂的情况下,以柠檬酸钠还原氯金酸制得链状金纳米粒子,使用扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）观察样品. 层层自组装技术可将金纳米粒子自组装,并分别以L-甲硫氨酸（L-Methionine,L-Met）、硫脲（Thiourea,TU）、丙烯基硫脲（Allyl thiourea,ATU）和聚乙烯吡咯烷酮（Polyvinylpyrrolidone,PVP）交联剂自组装于玻碳基底,即得金纳米粒子修饰电极. 以[Fe(CN)₆]^3-/4-氧化还原电对为探针,考察该修饰电极的电化学性质. Au/L-Met/GC电极有最佳电化学性能,循环伏安曲线和计时电流曲线测试表明,Au/L-Met/GC电极的H₂O₂电催化氧化有较高的灵敏度,线性范围2×10^-7 ~ 3×10^-3 mol·L^-1,检出限6.67×10^-8 mol·L^-1.     

Scanning tunneling microscopy study of fullerenes

Scanning tunneling microscopy investigations of adsorption and film growth of various fullerenes on semiconductor and metal surfaces are reviewed. The fullerenes being studied are C₆₀, C₇₀, C₈₄, Sc@C₈₂ and Y@C₈₂ and the substrates being used for adsorption are Si (111), Si (100), Ge (111), GaAs (110), GaAs (001), Au (111), Au (110), Au (100), Cu (111) and Ag (111) surfaces.     

Pt/Au双金属纳米粒子和壳聚糖/二氧化硅溶胶-凝胶杂化膜漆酶传感电极的邻苯二酚检测

利用Pt/Au双金属纳米粒子和壳聚糖/二氧化硅（CS-SiO₂）溶胶-凝胶复合材料固定漆酶（Lac）,制得漆酶生物电极（Pt-Au-CS-SiO₂-Lac/GC）. 采用循环伏安曲线（CV）研究了邻苯二酚（CC）在该漆酶电极的电化学性能. 实验结果表明,Pt-Au-CS-SiO₂-Lac/GC电极对邻苯二酚的电催化在8×10^-7 ~ 1×10^-4 mol·L^-1浓度范围,其浓度与还原峰电流呈线性关系,相关系数r = 0.9993,检出限7.9×10^-8 mol·L^-1,该检测方法灵敏度高,线性范围宽,稳定性好.     

氧化锌有序结构在Au(111)和Cu(111)上的生长

利用NO₂或O₂作为氧化剂,研究了氧化锌在Au(111)和Cu(111)上的生长和结构。NO₂表现了更好的氧化性能,有利于有序氧化锌纳米结构或薄膜的生长。在Au(111)和Cu(111)这两个表面上,化学计量比氧化锌都形成非极性的平面化ZnO(0001)的表面结构。在Au(111)上,NO₂气氛下室温沉积锌倾向于形成双层氧化锌纳米结构;而在更高的沉积温度下,在NO₂气氛中沉积锌则可同时观测到单层和双层氧化锌纳米结构。O₂作为氧化剂时可导致形成亚化学计量比的ZnO_x结构。由于铜和锌之间的强相互作用会促进锌的体相扩散,并且铜表面可以被氧化形成表面氧化物,整层氧化锌在Cu(111)上的生长相当困难。我们通过使用NO₂作为氧化剂解决了这个问题,生长出了覆盖Cu(111)表面的满层有序氧化锌薄膜。这些有序氧化锌薄膜表面显示出莫尔条纹,表明存在一个ZnO和Cu(111)之间的莫尔超晶格。实验上观察到的超晶格结构与最近理论计算提出的Cu(111)上的氧化锌薄膜结构相符,具有最小应力。我们的研究表明,氧化锌薄膜的表界面结构可能会随氧化程度或氧化剂的不同而变化,而Cu(111)的表面氧化也可能影响氧化锌的生长。当Cu(111)表面被预氧化成铜表面氧化物时,ZnO_x的生长模式会发生变化,锌原子会受到铜氧化物晶格的限域形成单位点锌。我们的研究表明了氧化锌的生长需要抑制锌向金属基底的扩散,并阻止亚化学计量比ZnO_x的形成。因此,使用原子氧源有利于在Au(111)和Cu(111)表面上生长有序氧化锌薄膜。     

衬底对N@C60分子电子自旋共振谱的影响

N@C₆₀内嵌富勒烯是一种在量子科技领域有较高应用前景的分子。科学家们设计了一系列以内嵌富勒烯分子为基本量子单元的量子计算机模型,而构筑这样的模型具有极高的挑战。其中,由于内嵌富勒烯分子阵列的制备通常需要合适的衬底,而衬底与分子之间的相互作用会影响甚至破坏内嵌N原子的自旋信号。因此研究和理解衬底与内嵌富勒烯分子的相互作用具有重要的意义。本文制备了高质量的N@C₆₀分子,并采用扫描隧道显微镜对其在Au(111)表面的结构及电子态进行表征。通过对比N@C₆₀分子在Au(111)、Si(111)、SiO₂表面的电子自旋共振(ESR)信号随时间及其抽真空处理的变化,表明Au原子的核自旋与内嵌N原子的电子自旋的耦合作用是Au(111)表面N@C₆₀单分子层的ESR谱中内嵌N原子的信号衰减的主要原因。     

Chemically and Electrochemically Induced Surface Reconstruction of Au Single Crystal Studied by the Nonlinear Optics

The rotational anisotropy of the optical second harmonic generation (SHG) from Au (Ⅲ) surface was studied as a measure of the surface reconstruction before and after the self-assembly (SA) of thiols on the gold facet. The SA reaction was undertaken on the √3×23 reconstructed Au(Ⅲ) surface which was achieved consistently throughout the reacition by the electrochemical potential control in an aqueous HCIO₄, solution. The polarization dependence of the anisotropic SHG pattern showed that the initial surface symmetry of the reconstructed √3×23 structure was neither settled nor deformed into the 1×1 structure by the monolayer deposition of SA-overcoat which was expected to show √3×√3 hexagonal structure.     

基于聚乙烯醇离子液体负载HRP修饰石墨烯/纳米金复合膜的过氧化氢生物传感器

以石墨烯/纳米金修饰玻碳电极为基底, 用聚乙烯醇与离子液体复合物将辣根过氧化物酶固定于电极表面, 制备了过氧化氢生物传感器. 结果表明, 在0.1 mol/L HAc-NaAc+0.1mol/L KCl(pH=6.5)中, H₂O₂的氧化峰电流与其浓度在9.55×10^-6~6.01×10^-3 mol/L间呈良好线性关系, 检出限(3S/N)为3.3×10^-7 mol/L. 用标准加入法做回收实验, 回收率在93.4%~100.5%之间. 该传感器对H₂O₂具有较高的灵敏度和较低的检测限, 稳定性和重现性良好, 使用寿命较长, 且制作成本低, 可多次重复使用.