二茂铁桥联聚倍半硅氧烷修饰电极的制备及其电化学方法表征

来源 :山西大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hysywlp2007
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二茂铁及其衍生物是具有夹心型分子结构和芳香性的高度富电子体系,其氧化还原中心在电位扫描过程中能发生可逆的单电子氧化还原反应,还能活化反应物或促进电子的转移速率,稳定性好,较易进行结构修饰,是很好的电子转移媒介体,将其作为电子转移媒介体固定在基体电极表面制各成修饰电极,在电分析化学、电催化和生物传感器等领域具有广阔的应用前景。目前,人们已采用不同的二茂铁衍生物制备了修饰电极,主要包括:简单取代二茂铁,桥联二茂铁,二茂铁基聚合物,二茂铁分子树化合物,二茂铁簇状衍生物等。二茂铁桥联聚倍半硅氧烷作为一类新型的二茂铁衍生物,其单体中除含有电子转移媒介体二茂铁基团,还含有以共价键与二茂铁基团相连的硅氧烷,可在不加其它硅氧烷的条件下,经溶胶-凝胶过程制各修饰电极,使电极的稳定性得到进一步的提高。  本论文在文献调研的基础上,以实验室合成的两种新型的二茂铁桥联聚倍半硅氧烷——甲氧基硅烷桥联二茂铁衍生物(BMSF)和乙氧基硅烷桥联二茂铁衍生物(BESF)单体为前驱体,在未加其它任何硅氧烷的条件下,采用旋涂法经溶胶-凝胶过程制备了二茂铁桥联聚倍半硅氧烷修饰的玻碳电极BMSF/GCE(前驱体中硅氧烷为甲氧基硅烷)和BESF/GCE(前驱体中硅氧烷为乙氧基硅烷),采用循环伏安法(CV)进行了修饰电极制备条件的优化,详细考察了电极反应过程中电位扫描速度、支持电解质浓度、支持电解质种类、溶剂及温度等因素对两种修饰膜电极CV的影响,并采用常规脉冲伏安法、计时电流法、计时库仑法等方法计算了电极反应过程中的动力学参数。研究结果如下:  1.玻碳电极经过Kern-Puotinen两步法预处理后,以氟化铵为催化剂,经溶胶-凝胶过程制备的二茂铁桥联聚倍半硅氧烷修饰电极BMSF/GCE和BESF/GCE,当单体、水及氟化铵的摩尔比为0.005∶5∶10-3,其CV行为响应时间短、峰电流大、电位差小、电极反应的可逆性及稳定性良好。  2.电位扫描速度v影响两种膜电极的反应过程。当v低于0.1 V·s-1,电极反应的可逆性好,反应过程由表面波控制;当v大于0.1 V·s-1时,CV峰发生明显的宽化,可逆性下降,反应过程扩散和电子转移速率同时控制。  3.支持电解质浓度在低浓度范围对两种膜电极的CV行为有影响。在较低浓度范围内,膜的峰电流随浓度的增大而增大,电位差随之减小,但当支持电解质浓度增加到约0.1 mol·L-1时,其电解质浓度却对氧化还原峰的峰电位及峰电流影响很小。  4.支持电解质中阴离子体积对两种膜电极的CV行为有较大影响。当阴离子体积较大时,电极反应的效率变低,峰电流减小,反应可逆性降低,而支持电解质中阳离子性质却对此无明显影响。  5.溶剂的极性和粘度、相应溶液的电导率及测试底液的温度等对两种膜电极的CV行为也有影响。极性小、粘度大的溶剂都不利于电极反应的发生;电极反应的可逆性与溶液的电导率相一致的;测试底液温度升高,峰电流增大,电位差减小,电极过程的可逆性增强。  6.采用多种电化学方法测定了两种膜电极过程的动力学参数,如电子转移数n、电子转移系数α、电极反应表观活化能Ea,并比较了不同极性溶液中电极反应过程中膜中二茂铁基团的扩散系数D及电子转移速率常数kθ的差异。
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