电致化学发光（ECL）是电化学反应诱导的化学发光,相比多数其它电化学技术,它具有灵敏度高、检测范围宽、背景信号低、操作简单等优势。在过去的研究中,ECL被广泛应用于临床医学、水质以及食品检测等领域。常用的ECL检测方法有单通道光强分析法、双通道光强分析法、ECL光谱分析法以及ECL成像分析法。其中,ECL成像技术除了具有ECL的优势外,它还具有快速检测和高通量的优点,且满足对空间分辨率的需求。随着ECL技术的发展,越来越多的科研人员不仅仅满足于ECL的宏观测量结果,而更倾向于直接获得高时空分辨率的单个微观纳米实体的ECL信息,这也推动了ECL成像技术的开发和研究。目前,ECL成像技术已经被成功应用于单颗粒电催化以及单细胞分析领域。随着人们对疾病预防和能源危机意识的日益增强,生命科学和清洁能源转换已成为21世纪的两个主要主题。因此,如何从微观层面理解单细胞的结构和清洁能源转化的基本途径已成为当务之急。本文针对以上所述的研究背景,使用自主搭建的ECL显微镜,致力于实现ECL成像在单纳米颗粒电催化产氢和单细胞内结构分析两方面的应用。主要内容如下:1.ECL闪烁技术用于评估单颗粒电催化产氢当下,氢气作为一种清洁和可再生的能源受到众多学者的青睐,因此开发高效的氢气生产技术将极大推进氢气在现代社会的广泛应用。在众多氢气生产技术中,使用催化剂电解水的析氢反应（HER）具有环境友好和反应条件温和的特点,因而引起了学者的广泛关注。在单纳米粒子水平上评估材料析氢反应（HER）性能可以大大促进我们对催化剂结构与活性之间关系的理解,并有助于我们对催化剂进行优化。在这里,我们以中空的氮化碳纳米球（HCNS）作为一种高效且稳定的ECL纳米发光体,使用自主研发的电致化学发光（ECL）显微镜,开发了一种单纳米粒子ECL闪烁技术来监测和分析纳米材料的HER活性。首先我们发现ECL成像中单个HCNS的ECL闪烁现象,并通过实验验证ECL闪烁中的亮态与暗态特性与H2纳米气泡的产生、生长和破裂密切相关。通过对幂律分布中ECL亮态和暗态的持续时间的分析证明了单个HCNS具有多个催化位点。我们在单个HCNS上负载Pt、Au Pd和Ni S纳米颗粒,得到Pt/HCNS、Au Pd/HCNS和Ni S/HCNS三种HER活性更高的材料,实验结果表明Pt/HCNS、Au Pd/HCNS和Ni S/HCNS的幂律系数与其HER活性呈正相关,从而证明以HCNS为平台的ECL闪烁技术可以评估更多催化剂的HER活性。本工作讨论了ECL的闪烁机制与HER速率之间的关系。我们证明了幂律系数可以作为一个指标,以定性评估纳米级活性位点的HER性能。此外,ECL闪烁也解释了阴极ECL效率低的原因,消除ECL闪烁将改善ECL强度,从而获得更好的发光设备和超灵敏传感器。同时该技术为设计用于成像催化反应位点的超分辨光学涨落成像技术提供了思路。2.生物质驱动的ECL显微镜用于细胞内结构研究目前,由于细胞的绝缘性,使得对于细胞内部局域空间信息的成像仍然是个难点,为此我们开发一种以细胞自身所含物质为共反应剂的生物质驱动ECL成像技术,实现细胞内细胞器等结构的成像。简单地讲就是使用细胞内的核酸、蛋白质等物质作为Ru（bpy）32+的共反应剂,使用含有ECL发光体的Ru（bpy）32+的溶液为电解液,当将恒定的+1.3 V电压施加到ITO电极上时,电解液中的Ru（bpy）32+被电氧化为Ru（bpy）33+,然后转移到细胞内部。由于细胞器中的生物分子可以与Ru（bpy）33+发生ECL反应,所以发现细胞可以发射ECL。由于不同细胞器内的分子信息的差异导致细胞器的ECL发射强度不同,因此可以实现细胞内不同细胞器的成像。另外,我们将这种生物质驱动的ECL成像技术用于检测细胞凋亡,统计结果显示,根据细胞凋亡后细胞核中DNA的变化导致的ECL信号的变化,可以区分出凋亡细胞和非凋亡细胞。