北京大學(xué)電分析電分析化學(xué)新技術(shù)elect學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1北京大學(xué)北京大學(xué) 電分析電分析(fnx) 電分析電分析(fnx)化化學(xué)新技術(shù)學(xué)新技術(shù) elect第一頁，共67頁。Outline:1. Spectroscopic techniques(光譜光譜(gungp)或波譜技術(shù)）或波譜技術(shù)）2. Nano-electrochemistry(納米電化學(xué)）納米電化學(xué)）第1頁/共66頁第二頁，共67頁。General Books:1* A.J.Bard and L.R.Faulkner, Electrochemical methods, fundamentals and applications, Wiley, New York, 1980 (2nd

2、 Edition, 2001)2 * C.M.A.Brett and A.M.O.Brett, Electrochemistry, Principles, Methods, and Applications, Oxford, 19933 * Southampton Electrochemistry Group, New Instrumental Methods in Electrochemistry, Ellis Horwood, Chichester, 19854 光譜光譜(gungp)電化學(xué)方法理論與應(yīng)用，謝遠(yuǎn)武、董紹俊。電化學(xué)方法理論與應(yīng)用，謝遠(yuǎn)武、董紹俊。 吉林科吉林科 學(xué)技術(shù)出版社，

3、學(xué)技術(shù)出版社， 19935 電化學(xué)中的光學(xué)方法，林仲華，葉思宇，黃明東，電化學(xué)中的光學(xué)方法，林仲華，葉思宇，黃明東， 沈培康，北京，科學(xué)出版社，沈培康，北京，科學(xué)出版社， 19906 Electrochemistry of Nanomaterials, Edited by Gary Hodes, Wiley-VCH, New York, 2001第2頁/共66頁第三頁，共67頁。Part One ( 第一部分第一部分)Spectroscopic techniques(光譜或波譜光譜或波譜(bp)技術(shù)）技術(shù)） 1.1Introduction1.2Definition1.3Examples第3頁/

4、共66頁第四頁，共67頁。1.1Introduction (導(dǎo)言(doyn)電分析化學(xué)電分析化學(xué)(fn x hu xu)在在60年代末期基本上停止年代末期基本上停止不前，極譜學(xué)的研究已經(jīng)達(dá)到其最高峰。不前，極譜學(xué)的研究已經(jīng)達(dá)到其最高峰。隨著其它分析化學(xué)隨著其它分析化學(xué)(fn x hu xu)技術(shù)的發(fā)展，極譜學(xué)越技術(shù)的發(fā)展，極譜學(xué)越來越不重要。光譜電化學(xué)及微電極的出現(xiàn)來越不重要。光譜電化學(xué)及微電極的出現(xiàn)重新使電化學(xué)及電分析化學(xué)重新使電化學(xué)及電分析化學(xué)(fn x hu xu)獲得新生！獲得新生！T. Kuwana in 1964, M.Fleischmann, A.Bewick et al: 19

5、70s to 1980s, in situ 光譜(gungp)、波譜電化學(xué)M.Fleischmann, M.Wightman et al: ultramicroelectrodes 1970s - 1980s第4頁/共66頁第五頁，共67頁。1.2Definition60年代初，美國著名電化學(xué)家年代初，美國著名電化學(xué)家R.N. Adams教授在指導(dǎo)他的研究教授在指導(dǎo)他的研究生生T. Kuwana進(jìn)行鄰二苯胺衍生物電氧化進(jìn)行鄰二苯胺衍生物電氧化(ynghu)時，觀察到電極反應(yīng)時，觀察到電極反應(yīng)伴隨有顏色的變化，他提出了這樣的設(shè)想：伴隨有顏色的變化，他提出了這樣的設(shè)想：“能不能設(shè)計出一種能不能設(shè)計

6、出一種能看穿的電極，以光譜的方法來識別所形成的有色物質(zhì)呢？能看穿的電極，以光譜的方法來識別所形成的有色物質(zhì)呢？”。這個創(chuàng)新思想終于在這個創(chuàng)新思想終于在1964年由年由Kuwana 實現(xiàn)了。他們第一次使實現(xiàn)了。他們第一次使用的光透電極（用的光透電極（OTE）是在玻璃板上鍍了一薄層摻雜）是在玻璃板上鍍了一薄層摻雜Sb的的SnO2玻璃（玻璃（Nesa玻璃）。光譜電化學(xué)從此得到了迅速發(fā)展，已成為玻璃）。光譜電化學(xué)從此得到了迅速發(fā)展，已成為電化學(xué)的一個重要分支。它是各種波譜技術(shù)和電化學(xué)方法相結(jié)電化學(xué)的一個重要分支。它是各種波譜技術(shù)和電化學(xué)方法相結(jié)合，在同一個電解池內(nèi)同時進(jìn)行測量的方法。其特點(diǎn)是同時具合，

7、在同一個電解池內(nèi)同時進(jìn)行測量的方法。其特點(diǎn)是同時具有電化學(xué)和波譜學(xué)二者的特性，可以在電極反應(yīng)過程中獲得多有電化學(xué)和波譜學(xué)二者的特性，可以在電極反應(yīng)過程中獲得多種有用的信息，對于研究電極過程機(jī)理、電極表面特性，檢測種有用的信息，對于研究電極過程機(jī)理、電極表面特性，檢測反應(yīng)中間體、瞬間狀態(tài)和產(chǎn)物性質(zhì)，測定式量電位、電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)中間體、瞬間狀態(tài)和產(chǎn)物性質(zhì)，測定式量電位、電子轉(zhuǎn)移數(shù)，電極反應(yīng)速率常數(shù)和擴(kuò)散系數(shù)等，提供了非常用力的研究數(shù)，電極反應(yīng)速率常數(shù)和擴(kuò)散系數(shù)等，提供了非常用力的研究手段。手段。第5頁/共66頁第六頁，共67頁。1.2Definition光譜電化學(xué)方法可分為非現(xiàn)場型（光譜電化學(xué)方法可

8、分為非現(xiàn)場型（ex situ）和現(xiàn)場型）和現(xiàn)場型（in situ）。前者是在電解池之外考察電極的方法，）。前者是在電解池之外考察電極的方法，大多數(shù)涉及到高真空表面技術(shù)如低能電子衍射、大多數(shù)涉及到高真空表面技術(shù)如低能電子衍射、Auger能譜、能譜、X射線衍射、光電子能譜等，但是這些射線衍射、光電子能譜等，但是這些方法不能滿足電化學(xué)機(jī)理的研究的需要。只有在電方法不能滿足電化學(xué)機(jī)理的研究的需要。只有在電解池中，在電極反應(yīng)操作的同時對電解池內(nèi)部，特解池中，在電極反應(yīng)操作的同時對電解池內(nèi)部，特別是對電極別是對電極/溶液界面狀態(tài)和過程進(jìn)行觀測溶液界面狀態(tài)和過程進(jìn)行觀測(gunc)的方法稱的方法稱為現(xiàn)場法，

9、如現(xiàn)場紅外光譜、為現(xiàn)場法，如現(xiàn)場紅外光譜、Raman光譜、熒光光光譜、熒光光譜、偏振光譜、紫外可見光譜、順磁共振譜、光熱譜、偏振光譜、紫外可見光譜、順磁共振譜、光熱和光聲光譜、園二色光譜等。和光聲光譜、園二色光譜等。第6頁/共66頁第七頁，共67頁。光譜電化學(xué)按光的入射方式光譜電化學(xué)按光的入射方式可分為可分為(fn wi)投射法、反射法和平行投射法、反射法和平行入射法入射法第7頁/共66頁第八頁，共67頁。第8頁/共66頁第九頁，共67頁。Part Two ( 第二部分第二部分(b fen)Nano-electrochemistry(納米電化學(xué)）納米電化學(xué)） 在在1100nm尺寸下的各種研究稱

10、為納米科技尺寸下的各種研究稱為納米科技采用電化學(xué)方法研究物質(zhì)采用電化學(xué)方法研究物質(zhì)(wzh)在此尺寸下的行為稱為在此尺寸下的行為稱為納米電化學(xué)納米電化學(xué)第9頁/共66頁第十頁，共67頁。納米電化學(xué)是目前電化學(xué)領(lǐng)域最時髦的納米電化學(xué)是目前電化學(xué)領(lǐng)域最時髦的研究課題之一研究課題之一它的發(fā)展與如下幾個方面它的發(fā)展與如下幾個方面(fngmin)有關(guān)：有關(guān)：（1）1980s開始的電極表面的自組裝開始的電極表面的自組裝 (SAMs)（2）1980s超分子概念（超分子概念（Superamolecular）（3）1980s發(fā)明的發(fā)明的SPM (STM, AFM和和SECM等）等）（4）1980sC60和和19

11、90s碳納米管的發(fā)現(xiàn)碳納米管的發(fā)現(xiàn)第10頁/共66頁第十一頁，共67頁。第11頁/共66頁第十二頁，共67頁。第12頁/共66頁第十三頁，共67頁。第13頁/共66頁第十四頁，共67頁。第14頁/共66頁第十五頁，共67頁。第15頁/共66頁第十六頁，共67頁。第16頁/共66頁第十七頁，共67頁。The SEM diagrams ofNano- and MicropipettesMicropipettesNanopipettes我們我們group可以制備內(nèi)徑從幾個可以制備內(nèi)徑從幾個(j )nm到到十幾個十幾個(j )m的玻璃納、微米管的玻璃納、微米管第17頁/共66頁第十八頁，共67頁。si

12、zeBiological SystemORGANISMTISSUES CELLSAMINO ACIDSH2O, CO2 PROTEINSPOLYPEPIDE MEMBRANE ENZYME第18頁/共66頁第十九頁，共67頁。Cell probe第19頁/共66頁第二十頁，共67頁。電化學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域：電化學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域：(Applications)1.化學(xué)電源化學(xué)電源(電池電池,燃料電池燃料電池)：2.電解電鍍：電解電鍍：3.腐蝕腐蝕(fsh)：4.電化學(xué)合成：電化學(xué)合成：5.電催化：電催化：6.生物電分析化學(xué)：生物電分析化學(xué)：7.電化學(xué)傳感器：電化學(xué)傳感器：Ion-Selective Elec

13、trodes8. TAS (micro-total analysis system)9. 單細(xì)胞和單分子測量單細(xì)胞和單分子測量第20頁/共66頁第二十一頁，共67頁。第21頁/共66頁第二十二頁，共67頁。第22頁/共66頁第二十三頁，共67頁。第23頁/共66頁第二十四頁，共67頁。第24頁/共66頁第二十五頁，共67頁。第25頁/共66頁第二十六頁，共67頁。第26頁/共66頁第二十七頁，共67頁。第27頁/共66頁第二十八頁，共67頁。第28頁/共66頁第二十九頁，共67頁。第29頁/共66頁第三十頁，共67頁。第30頁/共66頁第三十一頁，共67頁。第31頁/共66頁第三十二頁，共67

14、頁。第32頁/共66頁第三十三頁，共67頁。第33頁/共66頁第三十四頁，共67頁。第34頁/共66頁第三十五頁，共67頁。第35頁/共66頁第三十六頁，共67頁。第36頁/共66頁第三十七頁，共67頁。第37頁/共66頁第三十八頁，共67頁。第38頁/共66頁第三十九頁，共67頁。第39頁/共66頁第四十頁，共67頁。第40頁/共66頁第四十一頁，共67頁。第41頁/共66頁第四十二頁，共67頁。第42頁/共66頁第四十三頁，共67頁。第43頁/共66頁第四十四頁，共67頁。第44頁/共66頁第四十五頁，共67頁。第45頁/共66頁第四十六頁，共67頁。第46頁/共66頁第四十七頁，共67頁。第47頁/共66頁第四十八頁，共67頁。第48頁/共66頁第四十九頁，共67頁。第49頁/共66頁第五十頁，共67頁。第50頁/共66頁第五十一頁，共67頁。第51頁/共66頁第五十二頁，共67頁。第52頁/共66頁第五十三頁，共67頁。第53頁/共66頁第五十四頁，共67頁。第54頁/共66頁第五十五頁，共67頁。第55頁/共66頁第五十六頁，共67頁。第56頁/共66頁