基于金纳米粒子修饰电极的生物及有机分子的光谱电化学研究

摘要

本文以金纳米粒子在电化学和表面增强拉曼光谱研究中的应用为中心，分别采用电沉积和化学还原方法在导电基底表面制备了金纳米粒子阵列。利用其所具有的电催化性能以及局域表面等离子体共振效应，在电化学检测、电催化和表面增强拉曼光谱方面开展了研究工作。
　　主要的研究工作如下：
　　(1)肾上腺素(EP)是一种神经递质，在人类中枢神经系统中起着不可替代的作用。肾上腺素存在于人体血液中，浓度过高过低都会对机体功能产生影响。抗坏血酸(AA)是人体中不可或缺的物质，对于人体机能的正常运转意义重大。由于两者的氧化电位十分接近，通常需要对检测电极进行表面修饰之后才能进行检测。在此，作者以金盘电极作为工作电极，分别选取了循环伏安法、电流时间曲线法、计时电流-循环伏安法这三种方法制备了金纳米粒子修饰电极。再将这些电极用于肾上腺素和抗坏血酸的同时检测。实验表明以循环伏安法或电流时间曲线法所制备的修饰电极其检测效果不甚理想。相对而言，基于计时电流-循环伏安法所制备的纳米粒子修饰电极实现了EP和AA氧化峰有效的分离，能够满足对EP和AA同时检测的要求，且两者峰电流强度在一定范围内与相应分析物浓度存在良好的线性关系。
　　(2)甲醇作为一种具有分子结构简单，廉价易得，储存运输安全等诸多优点的燃料越来越多的用于直接燃料电池的研究。而铂拥有对甲醇独一无二的优良催化能力，因此被广泛用于甲醇的催化材料。在甲醇的氧化过程中生成的中间产物CO会造成铂中毒，降低其催化活性。但金的存在则能够使中毒的铂催化剂再生。为此，作者利用电沉积方法，在ITO导电玻璃表面制备了Au(111)晶面比例占优的纳米粒子修饰的AuNPs/ITO电极，且在此电极上进一步沉积了铂，制备了Pt/AuNPs/ITO电极用于甲醇的催化氧化研究。研究中对铂的电沉积圈数进行了优化，优化后所制备的Pt/AuNPs/ITO电极用于甲醇的催化氧化效果良好，优于没有镀铂的AuNPs/ITO电极。且Pt/AuNPs/ITO电极抗中毒能力良好，不会出现电流值大幅下降现象，对甲醇的催化氧化电流值稳定。
　　(3)表面增强拉曼散射(SERS)光谱借助纳米材料的发展，如今在获取分子光谱信息上已经成为一种非常强有力的工具。SERS光谱具有很多优于其他检查手段，比如无损检测，含水样品检测，样品制备简单，灵敏度高等优点。由于金纳米粒子阵列具有增强局域表面等离子体共振耦合效应从而增强吸附物表面拉曼散射信号强度的能力，作者首先以计时电流方法在ITO导电玻璃表面制备金纳米粒子种子，再使用化学还原生长的方法使种子长大来制备金纳米粒子修饰的ITO基底。通过对生长时间的控制，制备出具有不同粒径的金纳米粒子修饰的ITO基底。以对巯基苯胺(PATP)为探针分子对所制备的基底的表面增强拉曼光谱活性进行了表征。基于密度泛函理论(DFT)计算了PATP、PATP-Au3和DMAB-Au3的拉曼光谱特征频率。以此为依据，结合势能分布(PED)计算方法对实测谱峰进行了归属分析，确认了在Raman光谱量测过程中存在PATP向DMAB的转变。

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第一章 绪论

1.1拉曼光谱

1.2表面增强拉曼散射（SERS）光谱

1.3 金纳米粒子修饰电极在光谱及电化学中的应用

1.4 本工作研究内容及意义

第二章 金纳米粒子修饰电极在儿茶酚胺类物质电化学分析中的应用

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 结论

第三章 金属纳米粒子修饰电极在直接甲醇燃料电池(DMFC)研究中的应用

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 结论

第四章 金纳米粒子阵列表面吸附对巯基苯胺的表面增强拉曼光谱的研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 结论

参考文献

攻读学位期间研究成果

致谢

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