纳米电极通常指至少有一维尺寸在100纳米以内的伏安电极。区别于大电极(毫米-厘米尺度),纳米电极具有独特的电化学行为。在基础电化学和应用电化学的研究中,纳米电极的研究越发重要。其中最明显的一个优势是纳米电极可以在较小的空间内研究电化学。这些小空间研究包括单个生物细胞电化学以及越来越被关注的单分子电化学等。纳米电极的发展也拓展了扫描电化学显微镜(SECM)的应用范围。另一种重要的纳米尺度电化学传感器是纳米管。作为一种特殊类型的纳米电极,纳米管制作工艺简单,可以达到更小的物理尺寸(≤10nm)。纳米尺度玻璃管与石英管已经被广泛应用在分析化学,纳米电化学以及扫描探针显微镜(SPM)的探头中。本文基于化学气相沉积(CVD)方法制备了不同类型的碳纳米电极,进一步将其功能化并应用于电分析化学中。其中包括单细胞膜电位的测定,单纳米颗粒电催化,整流传感器和阻抗脉冲检测等,极大地拓展了纳米电极应用的深度与广度。此外,利用三相电极(TPE)电化学方法研究了液液界面高疏水性的离子转移并确定了其疏水度。主要内容包括以下5个方面:1.CVD方法制备碳纳米电极,调节石英纳米管的形状和尺寸并控制CVD条件(温度,时间,气体流速)使碳层只在管内沉积。制备出了包括完全填充碳纳米电极、“纳米取样器”碳纳米电极、中空碳层修饰碳纳米电极以及碳层被融化的石英完全包覆的碳纳米电极,尺寸可小到1-10nm,RG(RG:电极的绝缘部分与导体部分半径之比)可达到1.2-1.5。通过TEM和电化学循环伏安对不同类型的碳纳米电极进行了区分表征,结果表明制备的碳纳米电极的结构与电化学性能密切相关,在细胞内测试、单分子电化学以及单纳米催化电化学中有很好的应用前景。2.将尖端含有纳米空腔的碳纳米电极进行镀铂黑修饰,将铂黑填充到与石英同一水平面并用透射电镜(TEM)进行了形貌表征。然后将铂黑修饰碳纳米电极作为电流测量工具应用在SECM探针中。此类电极具有较高的比表面适用于电势测量,通过SECM电流测量将电极靠近细胞,可用于细胞跨膜电势的测量。另外,不同于铂黑修饰铂纳米电极,碳纳米电极具有很薄的绝缘层,在进行细胞内测试后不会破坏生物细胞的活性。3.用不同的固定方法(直接吸附、静电作用)将单个金纳米颗粒(Au NP)固定在碳纳米电极表面并研究其催化行为。通过TEM图像和伏安图中Fc Me OH氧化电流的增加表明单个Au NP在碳纳米电极表面的固定。将固定单个Au NP的碳纳米电极用于HCl O4溶液中的析氢反应(HER)同时比较不同固定方法得到的单个Au NP对HER催化效应的影响。实验结果表明,与Au NP利用静电作用通过聚苯层固定在碳纳米电极表面相比,Au NP直接吸附在碳表面对HER显示出较强的催化作用。该方法适用于研究不同形状、不同大小、不同固定方法对单个金属纳米颗粒催化行为的影响。4.将CVD制备的中空碳层修饰纳米管(CNP)作为整流传感器、阻抗脉冲传感器以及双通道电化学纳米探针电极使用。实验结果表明,通过对碳层施加电压可以改变纳米管内壁上的表面电荷以及双电层,进而影响离子电流整流和阻抗脉冲传感器中的吸附和解吸附过程。对碳层施加不同电压时引起不同程度的离子电流整流,证明CNPs可以作为通过调整可以检测特定分析物的可调谐阻抗脉冲传感器。CNP也可以作为双通道电化学探针电极使用,可以同时记录通过纳米管的离子电流以及碳纳米环盘上分子的氧化还原电流。5.二茂铁(Fc)作为探针分子,运用三相电极(TPE)电化学方法研究了四苯基硼及其衍生物(TPBs)的疏水性。实验结果表明,三相电极电化学研究中,通常使用的十烷基二茂铁(DMFc)探针分子三相电极(TPE)不适用于高疏水度的TPBs离子转移的研究,而Fc作为探针分子可以满足这个要求。利用Fc探针分子TPE,观察到了电子转移诱导的强疏水性TPBs离子的转移峰。进一步利用这一优势,确定了疏水性不同的5种阴离子的疏水度大小,它们遵循这样一个递减顺序:TFPB->TPBCl-TPFB->TPBF->TPB-。