巯基卟啉在金电极表面自组膜的电化学研究

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过去的二十年间,双亲分子自组装单分子膜(SAMs)的研究一直是十分活跃的前沿领域。自组膜是具有特殊亲和力的活性物质与基底自发形成的有序组装体系,Langmuir-Blodgett(LB)、和自组装(SA)两种技术是形成该膜最常用的方法。其中烷基硫醇在金表面的自组装体系因为制备简易、结构稳定和操作方面的灵活性而受到最广泛的重视。 这些层可以随意加以裁剪设计,优化基底表面的性质,在表面现象的基础研究和技术应用方面发挥重要作用。表面的物理和化学性质也影响了它的许多行为,如催化、腐蚀、润滑、润湿、电化学和生物相容性等,从而在如微电子、生物技术、材料科学、蛋白质与有机表面的相互作用、化学和生物化学传感、分子识别、防腐、润滑等诸多科学领域开拓了广阔的前景。 卟啉及其相关的分子作为自组膜的构建中心已引起重视,主要在于:卟啉在生物体系中有重要作用;卟啉有平面、刚性、芳香性的共轭大π键体系,具有独特的光学和电化学性质。另外,卟啉可以与大多数金属形成配合物,其外围可以嫁接各种取代基以及它的化学和热力学稳定性,使之成为电子学和光电子学中的重要材料。然而,分离和合成的困难却限制了这一领域的快速发展。 本论文围绕如何在温和条件下合成自组膜的构建分子—巯基衍生卟啉(H2Por)和相应的金属卟啉(MPor)展开,以金电极上自组装H2Por和MPor为研究对象,对自组装H2Por和MPor的电化学性质进行了研究探讨,获得了电活性物质与自组膜分子相互作用的信息。同时拓展了卟啉在金表面的自组装方法,大大降低了合成巯基卟啉的难度。 论文由以下几部分组成: 第一部分综述了卟啉的基本性质、合成和应用,以及自组装单分子膜的特点和在电化学中的应用。 第二部分用改进的Adler法合成了几种巯基衍生卟啉和相应的金属卟啉,用红外光谱、紫外可见光谱和核磁共振氢谱对其结构进行表征。金电极修饰了巯基衍生卟啉之后,Fe(CN)63-/4-用做探针分子研究了自组膜的电化学性质。 第三部分合成了一种新的钴卟啉,即:5-[3-甲氧基-4-(4-巯基丁氧基)]苯基-10,15,20-三苯基钴卟啉(5-{3-methoxyl-4-(4-mercaptobutoxy)}phenyl-10,15,20-triphenylporphyrincobalt,以下简称为MBPPCo)。以Fe(CN)63-/4-和抗坏血酸(Ascorbic Acid,AA)为探针分子研究了该钴卟啉和末端具羧基的硫醇在金电极形成的一元或硕士毕业论文疏基衍生叶琳在金电极表面自组膜的电化学研究二元自组膜的电化学性质。实验表明,不管是荷正电的MBPPC。,还是带负电的硫醇自组膜,在阴离子型的电活性物种溶液中,电子转移速度都非常缓慢。然而,二元自组膜修饰电极上尽管峰电流增加幅度不大,但电活性物质的过电位却大大降低。本文也解释了造成上述差异的原因。 第四部分合成了5一(4一经基乙氧基苯基)10,巧,20一三苯基叶琳(HEPP)。HEpp通过偶联反应引入具有梭基末端、预先组装的金电极。用电活性物质如Fe(CN)63科‘、抗坏血酸、多巴胺研究了中性和带正电中心钻离子外琳的电化学性质。多巴胺共存时,该功能化的自组膜可以作为生理条件下抗坏血酸的电化学传感器。通过引入短链钻叶琳,针孔效应和静电作用可以很好地改善修饰电极的选择性。实验表明,抗坏血酸阳极峰电流与其浓度在较宽的范围内:4 x 10一7 to 2 x 10一mol.L一,呈现良好的线性关系,差示脉冲伏安法得到的检测下限为6.9 x 10-smol:L,。
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