TiO2-Ag纳米复合材料的制备及其光电催化性能研究

载流子在等离激元金属纳米粒子上的快速复合,导致传统的光电催化剂效率显著降低,通过金属和半导体的复合可实现热电子和空穴的分离以提升光电催化效率。采用Ag纳米粒子与半导体TiO₂纳米粒子复合提高其光电催化活性,并探索了催化活性提升的机理,研究了TiO₂-Ag纳米复合材料之间空间电荷区能带弯曲以及内置电场的作用,为设计高性能SPR光电催化剂提供理论和实验依据。以对氨基苯硫酚(PATP)及对硝基苯硫酚(PNTP)的光电催化偶联反应为探针,研究了TiO₂-Ag纳米复合材料的催化性能。结果表明TiO₂的引入提高了Ag的SPR催化活性,其主要原因是TiO₂的引入可提高TiO₂-Ag间电子和空穴的分离效率。     

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.     

表面等离激元催化羟基苯硫酚反应的SERS光谱研究

表面增强拉曼光谱(SERS)因其自身的优势在表面等离激元催化反应的研究中发挥了重要作用。利用SERS结合电化学调控电位,研究了638nm激光作用下的对羟基苯硫酚(PHTP)及其同分异构体的脱羟基反应。结果表明,在一定电位下,在间位和对位的羟基苯硫酚的SERS谱峰中可观察到新峰生成,由此认为这两种物质可发生脱羟基反应,而并没有观察到邻羟基苯硫酚的脱羟基反应,说明取代基位置改变造成了空间位阻效应,导致了可能对最终的催化反应的发生产生影响。     

离子液体中PMBA脱羧反应及界面水影响的电化学SERS研究

基于气-液界面自组装法和转移技术制备了负载Au纳米粒子单层膜的玻碳电极（Au MLF@GC）,并将其用于离子液体-电化学体系界面过程现场的研究.以对巯基苯甲酸（PMBA）的表面等离激元共振（SPR）催化脱羧生成苯硫酚（TP）反应为探针,采用电化学-表面增强拉曼光谱（SERS）技术,通过电位阶跃法研究了其在离子液体体系中的反应动力学行为.结果表明,亲水性离子液体[BMIm]BF4/Au MLF@GC的零电荷电位（pzc）为-0.95 V, PMBA脱羧反应仅在pzc以正区间发生;通过SERS谱峰强度变化以二级反应拟合获得该反应的速率常数,发现其反应速率常数的对数与阶跃后电位呈线性关系;随着体系外加水的含量（摩尔分数）由0增至0.001和0.003,阶跃后发生脱羧反应的起始电位负移,且同一阶跃电位下反应速率常数随着外加水量的增加而增大.     

金纳米粒子-金单晶微米片自由碰撞行为中“热点”限域空间内的表面增强拉曼光谱研究

纳米粒子的自由运动及与其他介质的相互作用研究已成为纳米粒子应用拓展的重要领域,特别是动态行为的实时监测仍然是目前亟待解决的难题.本工作基于表面增强拉曼光谱(SERS)技术及布朗运动下Au纳米粒子与Au单晶微米片碰撞过程中“热点”的形成,以苯硫酚(TP)为探针分子,实现了碰撞过程中Au纳米粒子自由运动行为的实时监测和动态SERS研究.通过对检测到SERS强度轨迹的“尖峰”及所含“单峰”和“簇峰”的统计分析,深入解析了纳米粒子的微观运动本质及影响因素.结果表明,“尖峰”主要来源于纳米粒子与平面的可逆碰撞所形成的“热点”对SERS的贡献.“单峰”对应Au纳米粒子与平面碰撞后快速离开Au片表面,“簇峰”对应Au纳米粒子与平面碰撞后在Au片表面短暂停留然后离开或可能多个粒子连续碰撞的过程.“尖峰”内多个TP的SERS光谱谱峰的相对强度不同,并表现出振动模式的依赖性,伸缩振动模式出现几率更高,主要来源于动态碰撞过程中“热点”限域空间内分子的取向不同.该研究实现了纳米粒子动态研究,有利于理解纳米粒子的微观运动本质,为研究碰撞过程中“热点”限域空间内动态表界面化学反应奠定基础.     

表面增强拉曼光谱与高效液相色谱联用技术在Suzuki偶联反应实时监测中的应用研究

表面增强拉曼光谱(SERS)因极高的检测灵敏度及丰富的光谱指纹信息而在物质的结构鉴定方面得到广泛应用,但对于复杂混合物的SERS光谱解析仍存在较大挑战,因此并不能有效用于直接实时监测化学反应过程.本工作以有序Au纳米粒子二维阵列膜为基底,将SERS技术与高效液相色谱(HPLC)联用,充分发挥两者在高灵敏度检测和高效分离方面的优势,实现了对苯硼酸和3-溴吡啶的Suzuki偶联反应的实时连续分离和检测.研究表明该反应体系的混合液的HPLC中检测到保留时间分别位于2.1 min,2.8 min,3.6 min,15.3 min的四种不同物质,第一种物质对应于反应物苯硼酸;第二、三种物质分别对应3-溴吡啶和主产物苯基吡啶,它们的SERS光谱特征与标准物完全一致,最后一种物质的SERS光谱特征与联苯一致,由此说明反应过程中的副产物为联苯.通过对最终反应物进行层析分离提纯得到主产物,NMR谱特征表明其为苯基吡啶,这与SERS研究结果一致,而副产物联苯的产率较低,提纯困难而无法通过NMR分析获得其结构.由此可见,SERS-HPLC联用实现了分离与鉴别的功能集成,有望发展成为一种具有潜在应用前景的有机反应历程的实时检测工具.     

镍电极表面吸附的苯并咪唑电化学SERS研究

利用电化学循环伏安和极化曲线,考察了镍电极在不同浓度苯并咪唑（BMIH）-乙腈体系的缓蚀效果. 结果表明,随着缓蚀剂BIMH浓度的增加,其氧化电位正移,且氧化电流降低,腐蚀电位正移. 调制电位下测试镍电极表面BMIH吸附的现场表面增强拉曼光谱（SERS）. 随电位正移,BIMH可在镍电极表面吸附成膜,与金属镍生成配合物,阻止镍电极的腐蚀. 并考察了不同浓度BIMH的成膜行为. 结果发现,0.001 mol·L^-1 BIMH即可在镍电极表面成膜,这表明非水乙腈体系的镍表面,BMIH有较佳的缓蚀效果.     

模板法合成金银核壳纳米线及电化学表征

采用氧化铝模板由交流电沉积制备纯银纳米线.然后借助化学还原法,在已制备好的银线表面包裹不同厚度的金壳层,得到具有核壳结构的AgcoreAushell复合纳米线.电子显微镜(SEM,TEM)显示该复合结构纳米线表面形貌与加入的金盐量有关,而且包裹层较薄的复合纳米线表面存在大量的孔洞.循环伏安测试表明,具有孔洞效应的复合纳米线经多次循环扫描后即可过渡到无孔洞效应的表面.以对巯基苯胺(PATP)作为探针分子的表面增强拉曼光谱,可用于表征纳米材料的表面结构.     

电化学SPR协同催化对氯苯硫酚界面反应的SERS研究

表面等离激元共振(SPR)驱动的催化反应近年来广受关注, 研究集中在SPR等外场作用下发生单一的界面催化反应生成新的物质, 这对于表面反应设计和实现多步骤界面有机合成反应仍存在一定困难. 本工作以对氯苯硫酚(4-CBT)为探针, 利用表面增强拉曼光谱(SERS)的极高表面灵敏度并结合金粒子单层膜(Au MLF)的玻碳电极(Au MLF@GC电极)作为基底在均匀性方面的优势, 实现了电化学和SPR协同作用下界面催化反应及其过程的精准监测. 结果表明, 较负电位区间内, 在光电协同催化作用下, 4-CBT先发生脱氯反应生成苯硫酚(TP), 然后4-CBT脱氯与偶联同时发生生成联苯-4,4'-二硫醇(4,4'-BPDT). 提高激光功率可显著加快反应速率, 且在中性溶液中反应速率最快. 溴代苯硫酚以及邻位或间位二氯取代苯硫酚均可发生类似的脱卤素取代基和偶联反应, 但邻位二氯取代物因空间位阻而导致偶联效率降低.     

[BMIm]BF4/Pt电极界面激光诱导电沉积Cu基材料研究

本文利用激光诱导并结合控制一定的电极电位,在[BMIm]BF₄/Pt电极体系中实现了激光诱导电沉积Cu基材料. 研究表明在非沉积电位（-0.2 V）激光可诱导产生电沉积. 激光的功率和照射时间对沉积产物有显著影响：功率越大,照射时间越长,则表面沉积物的量越多,且沉积仅仅发生在激光照射点以内. 此类激光诱导电沉积的发生主要源于激光的热效应可使电极表面局域温度显著上升,从而降低沉积的阈值电位,促使电沉积在非沉积电位区间发生. SEM研究表明电极表面的沉积点由50 nm左右的纳米粒子聚集而成,进一步的EDS和拉曼光谱证明该产物主要由Cu和Cu₂O的混合物组成. 以对巯基苯甲酸（MBA）为探针分子,通过SERS信号的强度变化,现场监测了激光诱导电沉积的过程,在起始阶段其沉积物的SERS效应明显,随沉积时间延长,因沉积物增多其形貌发生变化,“热点”消失,其SERS效应反而降低并随后保持不变. 同时,沉积点以外的SERS中并未检测到MBA,说明激光诱导作用仅仅发生在激光照射区域内,这为电极表面的定向沉积提供了新的途径.