论文部分内容阅读
自组装单分子膜(Self-assembled monolayers, SAMs)是近30年来发展起来的一种新型有机超薄膜,具有均匀一致、高密度堆积和低缺陷等优良性能,在电分析化学、化学与生物传感器、表面吸附、防腐、润滑、电子器件、光学元件等诸多领域具有广阔的应用前景。SAMs的实时原位表征是完美SAMs制备与调控的关键技术之一,但至今仍缺少一种有效的实时原位表征方法。本文首次利用电化学交流阻抗技术(EIS)对4-羟基苯硫酚(4-HTP)在金表面的自组装过程进行跟踪,建立了一种金表面上4-HTP SAMs实时原位表征的新方法,考察了溶剂种类及溶液浓度对成膜速率的影响。本论文工作主要包括以下三个方面：1、乙腈-水介质中4-HTP在金表面自组装过程的实时原位表征通过乙腈体系和乙腈-水体系的对比研究,发现采用乙腈-水体系更有利于SAMs的EIS表征。在乙腈与水的摩尔比例为1：0.6、极化电位-0.5V、支持电解质高氯酸钠(NaClO4)浓度为600 mmol·L-1、探针离子二茂铁(Fc)浓度为15 mmol·L-1的优化条件下,当4-HTP的浓度> 1 mmol·L-1时,可用EIS进行实时原位表征。2、碳酸丙烯酯溶液中4-HTP在金表面自组装过程的实时原位表征碳酸丙烯酯(PC)溶液不易挥发,是一种常用的非水电解质溶液,4-HTP在PC中易溶。本章选择PC为溶剂,在开路电位下,选择NaC104浓度为500mmol·L-1, Fc浓度为15mmol·L-1,对4-HTP在金电极表面的自组装过程进行EIS原位实时表征。结果表明,随着4-HTP浓度的增大,形成有序致密的4-HTP SAMs所需的时间逐渐缩短,平衡后的电子传递电阻(Rct)随之增大。当4-HTP的浓度大于3mmol·L1时,平衡后的Rct几乎不再变化。3、乙醇溶液中4-HTP在金表面自组装过程的实时原位表征乙醇是制备硫醇SAMs的常用试剂。本章首先对EIS表征乙醇溶液中4-HTP在金电极表面的自组装过程的测试条件进行了优化,在开路电位下,当NaC104浓度为200mmol·L-1, Fc浓度为15mmol·L-1时,所得到Rct随时间的延长呈现很有规律的变化。由Rct计算4-HTP SAMs在Au表面的覆盖度。实验结果表明,4-HTP浓度的增大,形成有序致密的4-HTP SAMs所需的时间变短,平衡后的Rct增大,表面覆盖度也逐渐变大。当4-HTP的浓度大于3 mmol·L-1时,4-HTP SAMs的Rct几乎不再变化。通过上述比较研究发现,对于实时原位表征4-HTP SAMs而言,乙腈-水混合溶液不是理想溶剂,当4-HTP的浓度较小时,可能受相平衡的影响,造成Rct值很不稳定。乙醇是一种既能溶解许多无机物,又能溶解许多有机物的两性溶剂,但由于其易挥发,要求反应器必须密闭,进行实时原位表征的时间较长,难以保证硫醇浓度不变,所以乙醇体系也不是一个理想的选择。碳酸丙烯酯一种性能优良的高沸点溶剂,它具有较高的介电常数,性质稳定,是进行实时原位表征的较好的非水溶液。