纳米功能界面的电化学和扫描探针显微镜（SPM）研究

本文简要评述了扫描探针显微学研究的发展过程、目前状况及发展方向，着重介绍了扫描探针显微学(SPM)在分子组装体研究中的一些应用。采用扫描探针显微学结合电化学的方法对自组装膜(SAMs)、纳米颗粒(nanoparticles)、有机无机纳米复合材料(composite material)体系进行了研究，并结合XPS、SEC等多种手段对分子组装体在电极表面的形态和结构进行了探讨。主要结果如下：1．STM研究金属纳米颗粒的隧道成像机理利用柠檬酸三钠还原高氯酸金的反应制备了金的溶胶纳米粒子。将对氨基硫酚自组于金单晶面(Au(111))上形成致密有序的单层；并以此为基底进一步将金溶胶纳米粒子组装于自组膜表面，得到固定化纳米粒子的次单层。用扫描隧道显微镜进行了表征，对金溶胶纳米粒子隧道成像的微观机理作了探讨，提出双势垒隧穿的电子传输界面模型。对扫描隧道显微镜下金溶胶纳米粒子的图像失真作解释。2．共轭有机小分子的导电性的研究利用保护和去保护的方法对带巯基的共轭有机小分子进行了合理地操纵，使其稳定性在我们构筑电化学界面的过程中得到了保证。我们用自组装(SAM)技术将这种共轭有机小分子首先吸附于金电表面，然后用稀氨水将其水解得到致密的共轭有机小分子的单层。在金/SAM二次基底的基础上利用巯基于金的强烈的化学键合力用电化学沉积的方法和湿化学还原的方法得到的金纳米粒子组装于电极表面，得到了金/有机分子层/金的夹心结构，并对构筑这种夹心结构的每一步骤用扫描探针显微镜(SPM)和电化学循环伏安法(CV)进行了表征，实验结果表明，此种共轭有机小分子利用巯基化学键合金属金时，电子能够快速通过这种夹心结构，为分子电子学中之基本问题“分子导线”连接纳米级的分子器件时电子能否在其间传导给出了直接的电化学证明。3．纳米复合材料的合成与表征我们用相转移方法合成了表面功能化的纳米粒子。首先，根据将HAuCl_4溶解于水相中，将Bu_4NClO_4作为相转移试剂、带巯基的有机小分子作为表面修饰剂，NaBH_4和柠檬蒜三钠作为还原剂溶解于硝基苯有机相中。将两相剧烈混合，在混合过程中HAuCl_4在水/硝基苯界面处被有机相中的还原剂还原成金属纳米粒子，刚生成的纳米粒子由于强烈的金硫键合作用而被带巯基的有机小分子表面功能化，而且能在有机溶剂中稳定存在。于是得到的表面功能化的纳米粒子在有机溶剂中的稳定胶体溶液。我们合成了表面被12烷基硫醇和巯基噻酚修饰的金纳米粒子。基于这些表面功能化且带有电化学反应性功能基团的纳米粒子，我们在电化学合成聚噻酚的系统中加入这种具有表面反应性的纳米粒子得到了有机/无机纳米复合材料。对这种复合材料我们用扫描探针显微镜(SPM)、电化学交流阻抗谱(ElS)、X-射线光电子能谱(XPS)进行了表征，结果表面纳米粒子能稳定存在于聚合物基体中，而且这种复合材料的电子传输性能远远大于同等条件下的聚合物膜。