金刚石薄膜电化学

金刚石由于其特殊的物理与化学性质 ,早在几百年前就吸引了人们对它的关注。化学气相沉积 (chemicalvapordeposition ,CVD)法制备的高掺杂硼复合多晶金刚石薄膜 ,为金刚石薄膜在电化学中的应用开辟了新的领域。作为新型碳素电极材料 ,高掺杂硼复合多晶金刚石薄膜具有许多目前使用的电极材料所不可比拟的优异特性如 :宽电化学势窗 ,低残留电流 ,极好的电化学稳定性以及表面不易被污染等。本文综述了高掺杂硼复合多晶金刚石薄膜电极在电化学中的几个重要应用 ,包括电分析、电合成及电化学法处理废水等。

基于大肠杆菌的全细胞微生物传感器的构建及其在急性生物毒性检测中的应用

构建了以大肠杆菌为指示生物的全细胞微生物传感器,初步探讨了其在重金属(Cu2+,Zn2+,Pb2+)及其二元联合毒物、农药污染物(莠灭净、乙酰甲胺磷)的急性生物毒性分析中的应用性能。结果表明,基于对数生长后期和稳定期的大肠杆菌微生物传感器具有良好的毒性分析性能。最优实验条件为:E.coli培养16 h,苯醌为电子传递介体,呼吸基质pH 6～8。所测毒物对E.coli的呼吸抑制作用大小顺序为:Cu2+>Zn2+>Pb2+,乙酰甲胺磷>莠灭净,与发光细菌、鱼类、藻类等其它方法检测所得结果一致。这种电化学全细胞生物传感器毒性分析方法具有快速灵敏、成本低廉、操作简单等优点,有望用于水体急性生物毒性的在线监测。

三种碳基电极材料的电化学性质对比研究(英文)

对硼掺杂纳米金刚石(BDND),硼掺杂微米金刚石(BDMD)和玻碳(GC)电极的电化学性质做了对比研究.利用扫描电子显微镜表征了BDMD和BDND电极,其表面粒子大小分别为1-5μm和20-100nm.利用Raman光谱对两种金刚石薄膜的成分进行了表征,结果表明利用热丝化学气相沉积法得到了高质量的BDND和BDMD薄膜.采用0.5mol·L-1H2SO4溶液测定了三种电极的电化学窗口,BDND和BDMD电极的电化学窗口分别为3.3和3.0V,远比GC电极(2.5V)的要宽.[Fe(CN)6]3-/[Fe(CN)6]4-溶液的循环伏安和交流阻抗测定表明,在BDND、BDMD和GC电极上的峰间距(△Ep)分别为73、92和112mV,且其电子传递电阻(Ret)分别为(98±5)、(260±19)和(400±25)Ω.我们也研究了0.1mmol·L-1双酚A在三种电极上的电化学氧化行为.上述的电化学测定结果表明,两种金刚石电极均比GC电极表现出了更宽的电化学窗口、更好的电化学可逆性质、更快的电子传递速度和更高的电化学稳定性,更为重要的是与BDMD相比BDND的电化学性质有进一步的提高.

含菌介质中MDOPD对SRB菌及生物膜腐蚀的抑制作用

用动电位扫描极化曲线、原子力显微镜和电子探针等方法研究了SRB生物膜在培养基介质中对于含咪唑杂环的双季铵盐化合物MDOPD的敏感性.结果表明:含菌介质中,MDOPD吸附在电极表面,形成完整致密的有机保护膜,对电极的腐蚀反应具有良好的抑制作用,SRB的代谢及腐蚀产物也难以在电极表面直接吸附和沉积,从而降低了SRB生长代谢的次生过程(包括酸浸蚀等)对腐蚀的促进作用;同时也降低了介质中的SRB参与碳钢腐蚀的机会.

水相一步合成锐钛矿型二氧化钛空心球

报道了水相一步直接合成晶体TiO2空心球的方法.以水溶性的过氧化钛配合物(peroxo-titanium com-plex,PTC)为前驱体、聚苯乙烯(polystyrene,PS)球为模板,在水溶液体系中可直接制备得到锐钛矿型纳米TiO2空心球.与传统的模板法相比,模板的包覆、去除及TiO2壳层的晶化等步骤在水相中可一步完成.利用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)及热重分析仪(TGA)对所合成的纳米TiO2空心球进行了表征,同时推断了可能的反应机理.

TGB沉积膜下腐蚀的抑制机理研究

利用交流阻抗和扫描电子显微镜等手段研究了含咪唑杂环的双季铵盐化合物MDHTD对腐生菌生物沉积膜下的腐蚀抑制机理.结果表明:MDHTD能够通过渗透和剥离作用使生物膜与金属基体的结合力下降,并可在金属基体表面形成有机吸附膜,较好地保护金属免遭Cl-离子等侵蚀,能有效地抑制由于TGB生物膜沉积而引起的氧浓差腐蚀.

过氧化钛配合物(PTC)体系在柔性染料敏化太阳能电池中的应用

本文利用水性过氧化钛配合物(peoxotitanium complex:PTC)前驱体可低温合成锐钛矿TiO2溶胶的特性,将其用作柔性染料敏化太阳能电池(DSSC)中的光阳极材料的成膜助剂.研究发现:加入基于PTC制得的TiO2溶胶可以明显提高DSSC的光电转换性能,在制备DSSC的浆料中加入10%(体积分数)的基于PTC制得的TiO2溶胶后,电池的光电效率可以提升50%.我们进一步研究了光电转换效率的影响因素,结果表明,溶胶的加入量和反应时间均有一最佳值,当基于PTC的TiO2溶胶添加量为10%,反应时间为9h,所得到电池的光电性能最好.

酪氨酸酶在硼掺杂金刚石薄膜电极上的固定及酚类化合物的检测

以硼掺杂金刚石(boron-doped d iamond,BDD)薄膜作基底,利用光化学反应将含有碳碳双键的烯丙胺化合物修饰在BDD表面,形成氨基单分子层,再经过酰胺键的连接使酪氨酸酶固定在氨基化的金刚石表面,从而制得酪氨酸酶修饰的电极.应用循环伏安法研究该电极用于酚类化合物(包括苯酚、对甲基苯酚和对苯二酚等)检测的灵敏度、线性范围及其稳定性.

掺硼金刚石纳米棒电极的制备及电化学性质

引言掺硼金刚石(BDD)薄膜具有宽的电势窗口、低的背景电流、高的化学和物理稳定性、良好的生物兼容性等优点,因此在电化学检测、废水处理以及微电子器件等领域得到了很好的应用。目前。

反,反-1,4-双[β-(4-取代苯基)乙烯基]苯衍生物紫外光谱的溶剂效应

测定了某些反,反-1,4-双[β-(4-取代苯基)乙烯基]苯衍生物在17种溶剂及不同比例的非极性混合溶剂中的紫外光谱,一般,最大吸收峰位置随溶剂的折光系数增大而红移,同时,在极性、非极性及不同比例非极性混合溶剂中紫外光谱的■_(max)值与(n^(2)-1)/(2n^(2)+1)之间呈线性关系。

硼掺杂金刚石纳米棒电极对比阿培南的电化学检测研究

在自制的硅纳米线上采用热丝化学气相沉积方法制备了硼掺杂金刚石纳米棒电极。采用循环伏安及计时电流方法测定了在磷酸缓冲溶液中的药物比阿培南的浓度,灵敏度达到0.038μAμM-1较相同条件下制备得到的普通硼掺杂金刚石电极(0.028μAμM-1)相比有所提高。该纳米棒电极由于特殊的表面形貌,较普通硼掺杂金刚石电极表现出更优异的电化学检测性能。

纳米金刚石表面择优取向生长的氧化锌纳米棒阵列制备及在DNA检测中的应用

研制了基于氧化锌纳米棒阵列的高稳定性和高特异性DNA荧光传感器．首先在纳米金刚石表面制备一层择优取向生长的氧化锌纳米棒，然后通过共缩聚方法在氧化锌表面修饰一层带氨基的硅层．用SEM和XPS对其进行了表征．通过非共价键或共价键方式把探针DNA固定在氧化锌和氨基修饰的氧化锌表面．并对荧光标记DNA进行了检测。实验结果表明共价固定方法比非共价固定方法有更好的特异性。此外，共价固定方法有好的稳定性和较高的灵敏度．

柔性透明石墨烯膜制备及导电性能研究

本文通过液相化学还原和热还原联合作用制备了柔性透明导电石墨烯膜.阳极氧化铝(AAO)模板在制备过程中既作为抽滤的滤网,又作为热还原处理时支撑石墨烯膜的衬底,制成的柔性透明石墨烯膜对波长为540—840nm的可见光透光率为80%,面电阻为850Ω/平方,这与化学气相沉积法制备的石墨烯膜(280—770Ω/平方)相近,而低于溶液法制备的石墨烯膜(通常是103—104Ω/平方).

P25@SiO_2核壳材料的制备及其选择性光催化性能的研究

目的构筑具有尺寸选择性光催化功能的复合纳米结构,在维持二氧化钛材料光催化性能的同时,减少其对有机大分子材料及有机基底材料的腐蚀行为,拓宽光催化材料的使用范围。方法采用一锅法,通过TEOS围绕P25为核进行水解,制备了多孔SiO_2包覆TiO_2(P25)复合核壳结构(P25@SiO_2)纳米颗粒。结果 TEM、XRD、BET表征显示,这种复合核壳纳米结构具有较好的分散性和很高的比表面积(约528 m2/g)。光催化性能实验证实,这种复合核壳结构具有尺寸选择性光催化效应,即小分子氮氧化物气体(NOx)能通过壳层SiO_2孔道进入核层并降解90%以上,被氧化成硝酸盐固定下来;小分子有机物亚甲基蓝能穿过壳层孔道进入复合结构的核层部分,被氧化分解;大分子有机物胭脂红被壳层有效隔离而不被分解。老化试验显示,涂覆有这种核壳结构材料的有机基材(PET膜)被氧化老化的现象受到抑制。相反,与裸露的有机基材(PET膜)相比,由于壳层的保护作用,涂覆有核壳纳米结构的有机基材具有更好的抗紫外线性能。结论开发的这种具有尺寸选择性光催化的复合核壳结构材料,可以涂覆在各种有机基材的表面,赋予其一定的光催化功能,同时由于壳层的隔离保护作用,对基材的腐蚀作用受到抑制。这种复合核壳纳米结构也可以作为功能添加材料添加到各种涂料材料中,并赋予涂料一定的光催化性能,同时对涂料中的有机物不会产生强烈的分解作用,因此具有很好的应用前景。

疏水石墨烯水相分散液的制备及电化学性能

通过未添加表面活性剂和稳定剂而得到均匀的石墨烯水相分散液的方法,近来来成为研究的一大热点.本工作通过提高水合肼的用量,来替代表面活性剂或者其它稳定剂的作用,得到了良好的均匀的水相石墨烯分散液,可长期稳定存放,6个月内未发生团聚现象.其Zeta电位低于-32.5mV(pH值为5.89),原子力显微镜和透射电子显微镜图像表明产物为具有褶皱结构的、六方晶系的单层石墨烯结构,厚度为0.38nm.XPS分析显示这种方法对于除去羟基和环氧基团起到了有效的作用.利用这种分散液所制备的石墨烯-玻碳电极(GE-GCE)在检测抗坏血酸(AA)和尿酸(UA)时,比普通玻碳电极(GCE)显示出更良好的电化学响应.

三维拉曼成像技术用于纳米金刚石与细胞相互作用过程的研究

纳米金刚石(NDs),作为一种具备良好生物兼容性、化学稳定性、药物负载能力和众多不可比拟优越性能的材料,其在生物医学领域的应用被广泛关注,尤其是在生物成像和抗癌药物传输领域。首先对不同尺寸纳米金刚石的拉曼性能进行评价,确定了100nm高温高压合成的NDs更适宜作为拉曼生物探针。之后,为了生物领域的应用,这些NDs表面的杂质经过羧基化方式处理获得均一表面性能,并采用扫描电镜、红外、拉曼和粒径分析手段对该过程进行验证。然后,NDs作为拉曼探针被用于快速定位HeLa细胞内NDs的分布,验证了HepG2细胞对NDs内吞过程的时间依赖性。此外,借助非侵入性的三维(3D)共聚焦拉曼成像技术,可视化观察了四种不同细胞(HeLa,HepG2,C6和MDCK)对NDs内吞量和滞留量的差异。其中,MDCK这种正常细胞内部极少发现NDs,而其他三种癌细胞中有大量NDs信号,显示出不同种类细胞对于NDs的吞入和滞留量的明显差异。实验结果表明,纳米金刚石拉曼生物探针不仅可以用于生物成像,更为癌症的定位和诊断提供可能性。

低温制备具有强荧光性能三氧化钼纳米带水溶胶

通过过氧化途径,在低温(100℃)且不使用模板和有机溶剂的条件下,成功制备了具有良好荧光性能的三氧化钼(MoO3)纳米带水溶胶.利用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、荧光光谱仪、荧光显微镜等表征手段对所制备溶胶的结构及性能进行了表征.结果显示,溶胶是由长度约为100μm,宽度为50nm到100nm,厚度小于10nm的MoO3纳米带组成.所制备的溶胶烘干后可以得到大面积的MoO3纳米带薄膜,薄膜具有很好的韧性.荧光光谱图及荧光显微镜照片显示,纳米带溶胶及干燥后所得到的自支撑(free standing)纳米带薄膜均具有良好的荧光性能,表明其在光学成像、传感及LED等方面具有很好的应用前景.

高效光电化学池的构建及机理研究

将基于硼掺杂金刚石薄膜电极的电解池与基于分子筛负载二氧化钛的光催化池组合,构建了用于有机废水快速处理的高效光电化学池。通过考察电极电位、紫外光强度、溶液的pH、硫酸钠电解质浓度等参数对模拟废水酸性橙的降解效率与活性中间产物S2O82-含量的影响,证实所构建的光电化学池遵循SO42--S2O82--SO4-·-·OH转换机理。这种具有光电协同效应的高效光电化学池对酸性橙的降解效果明显优于电化学氧化及光催化简单的加合,可以将酸性橙完全矿化成CO2。

纳米金刚石拉曼生物探针用于抗菌肽杀菌过程的可视化研究

本工作以纳米金刚石为探针,依赖拉曼成像技术,成功实现了对细菌体系生命活动的观察。实验中将抗菌肽死亡素负载于100nm的金刚石上,利用纳米金刚石在1332cm-1处的特征拉曼信号为标记,通过共聚焦拉曼成像技术可视化了纳米金刚石-死亡素复合物与枯草芽孢杆菌间的相互作用过程。同时,采用扫描电子显微镜观察手段验证了上述拉曼成像方法的有效性。此外,抗菌实验验证了纳米金刚石-死亡素复合物对枯草芽孢杆菌有达到45%的明显杀灭效果,表明纳米金刚石探针的引入不会影响死亡素的抗菌性能。本工作证实了纳米金刚石拉曼生物探针用于观察抗菌过程的可行性,为其在生物成像领域中的应用提供了重要依据。

金刚石表面的功能化修饰

化学气相沉积法(CVD)制备金刚石薄膜的出现,使人们大规模利用金刚石优异性质的愿望得以实现.但是,金刚石薄膜表面sp3碳构造的高稳定性导致其表面可再造性能差,无法满足制备各种功能性表面的需要.本文从化学修饰的角度,概括和总结了金刚石薄膜表面的功能化修饰和分子微结构设计等问题.讨论了金刚石表面的活性官能团导入,金刚石表面修饰有机(生物)分子,以及通过金属、金属氧化物修饰制备具有良好催化活性的金刚石表面的制备方法,并对金刚石薄膜在不同领域内的应用前景作了展望.