贵金属（Au, Ag, Pt, Pd）纳米材料的可控合成及性能研究

功能化的贵金属纳米材料的设计和可控制备在材料科学研究领域引起了人们广泛的关注。贵金属纳米材料的光学、电学、磁学和催化等物理和化学性质不但与其大小有关，而且还与其形貌息息相关。因此寻求简单而有效的低温溶液合成途径以实现对贵金属纳米材料的尺寸和形貌控制尤为重要。本论文的主要研究内容可以归纳如下： (1)在水溶液中利用种子生长方法分别制备了核壳Au-Pd/Pt三金属复合纳米粒子和三层的核壳AuAg复合纳米粒子。这些纳米粒子的尺寸和组成可以通过改变金种子的加入量来加以调控。 (2)通过种子生长和取代沉积相结合的方法制备了具有金核铂/银双金属壳的铃铛状纳米粒子。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X-射线光电子能谱对所得纳米粒子的尺寸、结构和组成进行了表征。 (3)以二肽甘氨酰甘氨酸作为模板合成了具有[111]取向的单晶银纳米片。通过改变实验条件探讨了片状银纳米结构的形成机理。片状银纳米结构的产率可达到80%，反应物之间的摩尔比对产物的尺寸和形貌有至关重要的作用。 (4)将K3[Fe(CN)6]和Na2S2O3的混合溶液进行水热处理，得到了具有立方体形貌的FeIIIFeIII(CN)6（柏林绿）微晶。实验结果显示K3[Fe(CN)6]和Na2S2O3的摩尔比及其浓度对所得产物的尺寸、形貌和组成有决定性的作用。 (5)在室温下通过混合3, 3', 5, 5'-四甲基联苯胺和氯铂酸，成功合成了有机-无机杂化的纳米纤维。纳米纤维的尺寸和形状可以通过改变反应物的比和浓度加以控制。基于不同的实验结果，提出了纳米纤维的可能形成机理。

分子组装体的扫描探针显微学研究

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)、表面活性剂(surfactant)、纳米颗粒(nanoparticles)等分子组装体系进行了研究，并结合IR、QCM、XPS、XRD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．SPM研究以杂多酸为基础的分子组装体我们通过将AsMo_(11)V0_(40)~(4-)杂多酸阴离子从其酸性溶液中自吸附至金表面的方法，制备了一类新的无机自组装膜。我们利用QCM、STM和电化学方法分别研究了AsMo_(11)VO_(40)~(4-)自组装膜的吸附过程、在Au表面的结构和电化学性质。QCM数据表明这个自组装过程可以用Langmuir吸附等温式来描述，其吸附自由能为-20 KJ/mol。 通过QCM测得的AsMo_(11)VO_(40)~(4-)自组装膜的表面覆盖度的最大值为1.7 * 10~(-10)mol/cm~2，这相当于一个AsMo_(11)VO_(40)~(4-)阴离子的密堆积单层。AsMo_(11)VO_(40)~(4-)自组装膜的循环伏安图上出现三对可逆的氧化还原峰，每对峰所对应的自组装膜的表面覆盖度都亦为1.78 * 10~(-10) mol/cm2，和QCM结果一致。现场STM图像显示AsMo_(11)VO_(40)~(4-)自组装膜十分的均一没有如何多层或聚集体的结构。高分辨STM图进一步显示在Au(111)表面的sMo_(11)VO_(40)~(4-)自组装膜于+0.7 V(vs．Ag | AgCl)表现出二维有序的四方晶体结构，晶格间距为10-11 A。这个值与sMo_(11)VO_(40)~(4-)阴离子的直径十分接近。从STM图我们也估算出AsMo_(11)VO_(40)~(4-)自组装膜的表面覆盖度为1.8 * 10~(-10) mol/cm~2，这和QCM以及电化学的实验结果都很接近。我们进一步研究了一种新的以杂多酸为基础的有机无机复合膜--砷钼钒杂多酸的十一烷基吡啶盐(CPMVA)--的制备、结构和电催化性质。通过在这种盐的丙酮溶液中循环电位扫描，我们可以在HOPG电极表面制备稳定的CPMVA膜。我们利用XPS、STM和电化学多种手段来表征CPMVA膜的结构和性质。这些研究表明：在新剥离HOPG表面CPMVA膜的结构为自聚集的分子团，而在预阴极化HOPG表面CPMVA膜的结构为自有序单层。CPMVA膜在酸性和丙酮溶剂中部表现出可逆的氧化还原动力学行为，这说明这种新类型的膜甚至能在有机溶剂中用作催化剂。当溶液的pH值大于7.O时，CPMVA膜也能维持其稳定性，它对pH值的依赖程度明显小于其无机物形式的膜(H_4AsMo_(11)VO_(40))对pH值的依赖程度。CPMVA膜对Br0_3-的还原表现出很好的电催化活性，催化电流与BrO_3~-的浓度的平方成正比。这种有很高稳定性的新类型杂多酸膜在催化剂领域中将有很广阔的应用前景。2．电化学STM研究吸附在金属表面的表面活性剂聚集体由于电位诱导引起的结构变化表面活性剂在表面的吸附已广泛地被用于限制电极表面的活性和稳定溶液中的胶体和纳米粒子，但是人们对表面活性剂在电极表面的结构和由于电位变化所引起的结构改变并不清楚。在这个工作中我们利用现场STM观察了电位控制下表面活性剂十二烷基磺酸钠(SDS)在Au(111)表面的吸附。STM图像显示通过控制电位SDS在Au(111)表面有一从半圆柱胶束单层向致密双层膜过渡的构象变化。我们也建立了SDS聚集体在Au(111)表面电位诱导结构变化的模型。就我们所知，这是第一次系统地研究表面活性剂聚集体在金属表面的电位诱导结构变化。3．在固体表面构筑有序的聚苯胺分子导线我们提出了一种新的通过分子设计构筑有序聚苯胺分子导线的新方法。首先，根据Saveant的方法我们在HOPG表面修饰上有序的4-氨基苯单层，然后溶液中的苯胺分子通过阶跃的方法被层层电聚合在4-氨基苯单层修饰的HOPG表面，形成有序的聚苯胺分子导线。FTIR-ERS和XPS结果证实HOPG表面上形成了聚苯胺。SPM图显示在HOPG表面的聚苯胺平面结构为有序的3~(1/2) * 3~(1/2) R 30°。小角X-射线反射结果表明聚苯胺分子导线是垂直站立在HOPG表面。电化学测量进一步表明聚苯胺分子导线的形成有利于加速电子传递速率。这种先分子设计后电聚合的方法可能会成为一类在固体表面制备有序导电聚合物分子导线的新方法。依据上一个实验，我们在金表面通过自组装的方法构筑了绝缘分子导线。我们选择β-环糊精(β-CD)作为包络4-氨基硫酚的理想主体分子。β-CD和4-氨基硫酚形成的包络物首先被自组装到Au表面，然后也通过阶跃的方法被层层电聚合在自组装膜修饰的Au表面，形成有序的聚苯胺分子导线。FTIR-ERS和XPS结果证实Au表面上形成了聚苯胺。低电流STM(LC-STM)图像表明在Au(111)表面的聚苯胺分子线为六角的二维有序，分子与分子之间的最相邻距离为15.5±0.5 A。这种先进行CD超分子自组装后电聚合的方法可能会成为一类制备导电聚合物绝缘分子导线的新方法。4．SPM研究在HOPG表面电化学合成的纳米材料我们通过脉冲恒电位方法从稀的苯胺酸性溶液(1mM苯胺 + 1 M HClO_4)在HOPG表面制备聚苯胺纳米颗粒。我们利用FTIR-ERS、XPS、TM-AFM手段来表征聚苯胺纳米颗粒的组成和结构。FTIR-ERS和XPS结果表明制得的聚苯胺纳米颗粒主要以亚胺形式存在。TM-AFM图像显示分散于HOPG表面的聚苯胺纳米颗粒的表面覆盖度约为10~(10)cm~(-2)。这些纳米颗粒都为圆盘型，直径为200到600埃，高度为10到30埃。这些纳米颗粒的大小随聚合电量由5.7 μC/cm~2增加到19.3 μC/cm~2而增大。我们提出了一种通过分子设计在HOPG表面制备金属纳米粒子的新方法。第一步，根据Saveant的方法我们在HOPG表面修饰上一个4-氨基苯单层。第二步，通过配位相互作用Ag~+能在4-氨基功能化的HOPG表面形成单层。第三步，通过脉冲恒电位方法我们就能在4-氨基苯功能化的HOPG制备Ag纳米颗粒。电化学测量证明了在HOPG表面上Ag纳米颗粒的形成。STM图像显示通过这种方法制得的Ag纳米颗粒的大小十分均一且在HOPG表面上的分散度很高。这种新方法可被广泛地用来在碳表面制备各种金属纳米粒子。

含电子传输基元发光聚合物的合成与表征

本论文是以提高聚合物电致发光器件发光效率和热稳定性为目的，从材料设计的角度出发，以具有电子传输性能和热稳定性1，3，4-噁二唑和1，2,4－三唑为构造单元，采用Wittig聚合反应合成了一系列含有1，3，4-噁二唑和1，2，4-三唑的发光聚合物，在载流子平衡和实现红、绿、蓝三基色发光方面取得了一些有益的结果，主要包括以下几点：1．合成了一系列含1，2，4-三唑单元和三芳胺单元的PPV型电致发光聚合物。研究了不同空穴传输单元对发光聚合物热性能和电化学性质的影响，结果表明，所有聚合物都具有比较高的玻璃化转变和热分解温度，其中由于联苯二胺中含有刚性联苯结构，使得含联苯二胺结构的聚合物较其它发光聚合物具有更高的玻璃化转变温度，并且由于联苯结构的空间位阻效应，减小了聚合物分子链间的相互作用，使得溶液态和薄膜态的光致发光峰位符合的很好。2.对所合成含1，2，4－三唑和三芳胺的发光聚合物进行了电致发光性能表征。研究了不同器件结构对发光亮度的影响。结果表明，所有的器件发光波长都在515－530nm之间。单层结构器件工TO/Polymer/Mg:Ag启动电压在6－9伏之间。发光亮度只有45 cd/m左右。双层结构工TO/Polymer/PBD/Mg:Ag发光亮度在100 cd/m~2左右，启动电压与单层器件几乎没有变化。这说明尽管在聚合物中引入了拉电子的三唑基团，但聚合物依然表现为空穴传输为主，这是由于三芳胺基团空穴迁移率比三唑的电子迁移率高；而且三芳胺单元和三唑基单元在聚合物中所占的比例也是三芳胺高的原因。3．我们首次合成了4－苯基－3，5－二（4一氯甲基苯基）－1，2，4－三唑化合物。中国科学院长春应用化学研究所博士论文经过反复实验最终确定了适合反应的合成路线，采用氯苯做溶剂，过氧化苯甲酞做引发剂，硫酞氯为反应试剂。合成的产物收率高，而且容易分离；采用三丁基磷盐为聚合单体，合成出高分子量的聚合物，并且聚合物基本上是以反式烯烃双键为主。4．以合成蓝色发光聚合物为目的。合成了二种1，2，4－三唑和联咔吟（咔哇）共聚的即V型蓝色发光聚合物和一种含有1，2，4－三唑的PPP型蓝色发光聚合物材料。研究结果表明，将1，2，4－三唑引入到电致发光聚合物中，有效地提高了聚合物的Tg，与相类似结构的蓝色发光聚合物相比，其热性能改善明显。聚合物的发光波长都在450pm左右，是比较纯正的蓝色发光。5．合成了有1,2,4一三唑(1,3，4一噁二唑）和不同MEH－PPV单元长度的发光聚合物，研究了不同的MEH－PPV单元长度对发光波长和玻璃化转变温度的影响。结果表明，当MEH－PPV单元长度增加时，发光波长和玻璃化转变温度都有向MEH－PPV接近的趋势。而且，由于聚合物中1，2，4－三唑中4位氮原子被苯环取代后提高了杂环的稳定性。在相同的MEH－PPV单元长度时，聚合物主链为1，2，4－三唑结构比聚合物主链是1，3，理一噁二唑的玻璃化转变温度高。6. 含1，2，4－三唑单元和三个单元长度MEH－PPV单元的发光聚合物的单层器件（ITO/Polymer/Mg：Ag）发光亮度为320cd/m~2。同MEH－PPV的单层EL器件相比，在相同的制备工艺条件下，聚合物的电致发光器佩件的发光亮度比MEH－PPV的单层电致发光器件高20％。7．研究表明1，3，4－噁二唑单元和1，2，4一三唑单元嵌入到MEH－PPV主链后，它们并不像脂肪柔性链那样完全中断了聚合物共扼性的延伸，1，3，4一噁二唑单元和1，2，4一三唑单元依然是聚合物的共扼成分，只是中国科学院长春应用化学研究所博士论文降低了聚合物的有效共辘程度；并且由于1，2，4一三唑单元空间结构特性使得聚合物有效共扼程度比1，3，4一噁二唑单元降低的更多。8.合成了含有1，3，4一噁二唑单元和不同发光中心的小分子发光材料，我们发现带烷氧基取代的发光小分子发光颜色向长波方向移动。而带有联苯结构的发光小分子发光颜色向短波长方向移动。9．发光小分子的紫外吸收峰与1，3，4－噁二唑单元的发光峰位存在着非常大的重叠，当用1，3，4－噁二唑的紫外最大吸收波长激发发光材料时，1，3，4－噁二唑所发出的光能够被共扼的发光小分子吸收，存在着能量转移的现象。

含8－羟基喹啉和噁二唑发光材料的合成与表征

本论文以提高有机／聚合物电致发光材料的发光效率为目的，通过改善发光材料分子的载流子传输平衡、增大分子体积为手段来减小荧光淬灭，设计并合成了一系列新型结构的络合物和聚合物。发现了一种合成五配位8-轻基喳琳铝络合物和双核铝8-轻基喳琳络合物的新方法，在分子中引入了电子和空穴传输基团改善了分子的载流子传输平衡，设计并合成了新型大体积的分子，提高了材料的发光效率，并系统地研究了分子结构与发光波长和发光效率的关系。主要工作如下：1发现了一种合成五配位8-经基喳琳铝络合物和双核铝8-经基喳琳络合物的新方法，克服了没有2一甲基的空间位阻作用很难形成五配位8-轻基喳琳铝络合物的困难。2合成了五配位2-甲基-8-轻基喳琳铝络合物并引入了具有不同空穴传输能力的第二配体。结果表明，与A 1 q;,相比，2-甲基-8-经基喳琳的引入导致了五配位络合物发光的蓝移，同时具有空穴传输能力的三苯胺基团的引入使电致发光器件的效率降低。3设计并合成了五配位8-轻基喳琳铝络合物，同时与Alq做了对比研究。研究发现，这一系列五配位络合物发射绿色荧光，五配位8-轻基喳琳铝络合物的发光波长主要由第一配体决定。4以五配位2-甲基-8-轻基喳琳铝和五配位8-轻基喳琳铝络合物为发光层制备了双层器件。结果表明，五配位8-经基喳琳铝络合物的电致发光波长主要由第一配体决定，第二配体只起到微弱的调节作用；第一配体对器件的发光效率起决定性的作用，第二配体的结构对络合物器件发光效率的影响在同一系列络合物中表现得非常明显。5从增加分子体积能够减小分子之间聚集，增强荧光效率这一观点出发，合成了具有双核铝的8一TTA-基喳琳络合物Me-DAlqz和PPv-DAlq3,用Me-DAlq,作发光层制备了双层器件，并与Alq_3i和AIMq_3作了对比研究。结果表明，DA 1 q,双层器件中的发光效率比Alq_3器件的性能稍高一些，证明了大体积分子能够增加荧光效率的观点。6合成了含有空穴传输性能的三苯胺基团的嗯二吟配体，并用其合 成了金属络合物。这些络合物发射蓝色的荧光，与不带三苯胺的德二哇金属络合物在溶液中发基本相同波长的荧光。但在薄膜和单层电致发光器件中，络合物的荧光发生了不同程度的红移。含三苯胺络合物的单层器件发光效率高于不含三苯胺络合物的单层器件的效率，证实了三苯胺的引入改进了载流子的传输平衡。7合成了系列嗯二哇基团两侧带有蔡环的金属络合物并以这些络合物为发光层制备了双层有机电致发光器件。结果表明，蔡环的引入导致了嗯二哇金属络合物在薄膜状态和电致发光器件中的发光波长比在溶液中的发光波长有了很大的红移。8设计并合成了既具有空穴传输性能又具有电子传输性能的蓝色发光聚合物。用电化学方法证明了它们具有两极性质，表明嗯二哇的引入增加了聚合物的电子传输能力。

电致发光金属配合物和有机小分子的合成与性能

本文以调控发光颜色、提高发光效率为目的，通过改变配体、中心金属离子、取代基等进行颜色调节；通过引入电子或空穴传输单元，实现发光分子的功能化进而改善载流子传输提高发光效率。文中主要以有机小分子和金属配合物为研究对象，它们本身都具有良好的发光性质。工作集中围绕以下几个问题展开：1、PPV齐聚物是一类高效发光的分子体系，如果在其中嵌入8一取代的哇琳单元对发光会有什么影响？2、使用含噁二唑（具有电子传输功能）的配体得到的金属配合物是否能同时拥有双重功能，即高效发光（金属配合物的特点）和优良的电子传输？3、由N2O-双齿配体转变成N，N-双齿配体，配合物的发光又会如何？4、稀土配合物具有高的光致发光效率，但电致发光效率非常低，能否通过咔哇或呛二吟功能化来改善载流子传输，提高电致发光效率？主要工作及取得的结果概述如下：1、经由Knoevenagel缩合反应合成了一系列共骊的2，21-（1，4-芳二乙烯基）双-8-取代喹啉。单晶X-射线衍射研究表明固态下存在分子间，π…π堆积相互作用，这对于载流子传输是比较有利的。喹啉8-位于的取代基的变化对发光影响不大，表明刚性共扼骨架对发光起主要贡献。改变中心的芳核，明显可以调控发光颜色。当存在分子内电荷转移时，与不存在的相比，发光显著红移。电致发光性质表明这些含双喳琳的PPV齐聚物是良好的发光和电子传输材料。2、存在分子内氢键的化合物2-（2-羟基苯基）-5-苯基-1，3，4-噁二唑（HOXD），具有激发态分子内质子转移（ESIPT）特性。在室温下，用365脚的紫外灯照射时表现强的兰色荧光。室温和低温（77K）下的磷光光谱表明它在固态下具有较强的磷光发射，与理论预测完全一致。多层电致发光器件ITO加PB／HOXD／BCP／Alq3／Mg：Ag最大亮度达到656cd／m2，电流效率为0．37cd／A。当把HoxD掺在cBP中时，亮度和效率都有一定程度的提高，达到870cd／m2和0.82cd／A。3、合成了含有德二哩配体（HOXD）的碱金属配合物MOxD（M=Li，Na，K）。我们发现配合物的发光颜色取决于中心金属离子，LiOXD是一个优良的蓝光材料，半峰宽是65nm，发射峰位在478nm，它也可以作为界面材料使用，起到和LIF相同的作用，即改善电子注入。同时作者首次报道了钠和钾的配合物可以用作发光材料。电致发光性质表明这些配合物是优良的蓝／绿色发光和电子注入／传输材料。4、使用从N双齿配体代替N，O-双齿配体（比如8-羟基喹啉），合成了含有2－（2-羟基喹啉）苯并咪唑的锌、铍和硼配合物。用硼配合物作为发光层的三层器件ITO/NPB/boron-complex／Alq3／LiF／A1所得到的光谱覆盖了从400到750nm的区域，表明获得了一个很好的白色发光。白光分别源于激子和激基复合物发光，由三种成分构成：来自于硼配合物的兰色发光（490nm）；来自于Alq3的发光（535nln）；NPB和BPh2（Pybm）界面形成的激基复合物发光（610nm）。器件最大亮度是110cd／m2最大效率是0.8cd／A。5、设计、合成了咔唑、噁二唑功能化的稀土馆配合物，期望通过改善空穴和电子传输来提高发光效率。含咔哇的配合物的双层器件发光光谱较宽，包括三价铺的特征发射和一个宽峰，可能是咔唑的发光。当使用TPD做空穴传输层时，噁二唑铺配合物的电致发光器件得到纯正明亮的红色发光，器件结构为ITO／TPD（40nm）／（OXD-PyBM）Eu（DBM）3（SOnm）／LiF（Inm）／Al（200m），启动电压为7.8V，在21v时达到最大亮度322cd／m2。亮度为57cd／m2和13．sv时电流效率最大，为1.9cd／A，对应外量子效率是1.7％。高的效率表明通过引入噁二唑基团，配合物的电子传输能力得到明显改善。6、初步研究了三线态发光的铱的金属有机配合物，得到了高亮度、高效率的绿色发光；对8-羟基喹啉锌配合物的高分子化也做了初步探讨。

模拟生物膜的电化学研究

本文简要介绍了生物膜的组成、结构和一些基本性质，详细描述了各种生物膜模型（支撑磷脂双层膜、非支撑磷脂双层膜、泡囊等等）的制备方法。概要地总结了模拟生物膜的各个领域的研究情况，着重评述了模拟生物膜在电化学、生物传感器、膜片钳、图案化领域的研究进展。采用电化学、各种谱学以及扫描探针显微镜等方法对支撑双层磷脂膜、磷脂浇铸膜等不同的模拟生物膜体系进行了研究。主要结果如下：1．将一种支撑磷脂膜一杂化双层膜（Hbrid bilayerer membrane，HBM）首次用于钙离子与磷脂作用的研究，以Fe（CN）63-为探针，发现钙离子可诱导HBM产生离子通道，且通道的打开与关闭能反复运转，并用STM观察这一现象。2.Ru（bPy）32+的电化学发光法和电催化法被首先用于研究支持脂质双层膜（sBLM）的离子通道行为。高氯酸根可以诱导DODAB（dimethyldioctadecylammonium）产生离子通道行为。离子通道的产生存在着一个闺值，当高氯酸根阴离子的浓度超过0.1μM时离子通道打开，当浓度低于0.1μM时离子通道关闭。当高氯酸根离子浓度高于0.1μM时，被打开的离子通道的数量随着高氯酸根阴离子浓度的增加而增加，在1200μM时达到平衡。离子通道的打开和关闭行为是可逆的。在此基础上，研制了一种用于检测高氯酸根离子的传感器。3，用循环伏安法和交流阻抗法研究了稀土离子与支撑磷脂双层膜的相互作用．稀土离子可以影响支撑磷脂双层膜的结构，使之产生一些小孔，通过这些小孔Fe（CN）63/4可以到达电极表面，显示其电化学行为。Fe（CN）63／4-的氧化还原电流随着稀土离子的浓度的增加而变大，对于E矿＋当浓度达到1．2卿时，电流不再增加。发现三种稀土离子与膜作用的能力如下：Eu3+＞Th3＋＞La3＋。4．铁氰酸根离子通常被用来作离子通道传感器的标记物。在本项工作中，我们首次发现铁氰酸根离子本身也可以作为一种刺激物来控制玻碳电极上DDAB（一种合成磷脂）制备出的支撑双层磷脂膜的通透性。我们利用循环伏安、交流阻抗的方法来研究这种现象。支撑双层磷脂膜与铁氰化物的反应与时间有关。进一步地，我们研制了一种铁氰酸根离子传感器。这种离子通道响应灵敏度较高，它可以检测的铁氰化物的最小浓度为5μM。5．稳定的磷脂浇铸膜是通过把含磷脂的氯仿溶液浇铸到玻碳电极上制备的。我们把一种新的媒介质一去甲肾上腺素嵌入到这种磷脂浇铸膜中。磷脂浇铸膜可以被视为一种生物膜模型。用这个体系对抗坏血酸进行电催化氧化，与在裸玻碳电极上相比，阳极过电位降低了约250 mV。浇铸膜内去甲肾上腺素的电化学行为是受扩散控制的，其扩散系数是1.87×10-5cm2／s。在浓度为0.5-10 mmol／L的范围内，催化电流随抗坏血酸的浓度增大而呈线性增加。在同时含有抗坏血酸和尿酸的溶液中，我们用循环伏安法可以同时侧得两个峰，这两个峰之间的峰位差大约为147mV。6．卵磷脂泡囊和血红蛋白在热解石墨电极上制备的薄膜内，血红蛋白可以实现其直接电化学。血红蛋白在薄膜内表现出薄层电化学行为。其式电位E0在pH 3.5-7.0内随pH值直线变化，斜率为-46.4 mV/pH。磷脂膜内的血红蛋白对H2O2显示了很好的催化还原行为。基于此，研制了无媒介体的H2O2传感器。7．我们合成了一种人工磷脂（二甲基二（十二烷基）澳化钱，DDAB）保护的金纳米粒子。在这些金纳米粒子的促进下，血红蛋白可以表现出直接电子转移（DET）反应，其式电位位于-169mVvs Ag/AgCl参比电极。光谱数据表明电极上的血红蛋白没有变性。这种磷脂保护的金纳米粒子很稳定（至少8个月），它们的平均直径是6.42nm。这是首次应用单层膜保护的纳米粒子去实现蛋白质的直接电化学反应。8．我们在一种新的基底一碳电极上构建了杂化双层膜（HBM）。这是对其它基底上构建的HBM的一种扩展。首先，通过电化学扫描将烷基胺修饰在碳电极表面，使之在电极上形成单层膜。由于烷基链部分向外，因此所构筑的界面是疏水的。然后在碳电极的疏水表面铺展一层磷脂单层膜。所生成的HBM通过电化学和ATR-FTIR技术来表征。根据ATR-FTIR的结果，脂质的有序常数（S）为0.73。这种杂化膜具有磷脂／烷基硫醇HBM的优点。这种HBM在生物传感面具有潜在的应用。

两个冠醚分子在简正坐标分析及NRCC程序在微机上的移植

本文用加拿大国立研究院(National Research Council of Canada) Fuhrer等人编制的FORTRAN语言程序（以下简称NRCC程序），对两个冠醚类化合物进行了简正坐标分析，这两个化合物分子是二氧六环(C_4H_8O_2)和12－冠－4(C_8H_(16)O_4)。作者用Synder和Zerbi提出的一般价力场，计算了二氧六环的36个简正振动频率，精化四次后的结果误差为14.04 cm~(-1)，得到了二氧六环的精化力场和势能分析矩阵；做了12－冠－4－的中红外光谱(3200-5000cm~(-1))。远红外光谱(500-70cm~(-1))和拉曼光谱(3200-50 cm~(-1)，从而归属出12－冠－4的78个简正振动频率实验值；利用二氧六环的精化力场作为初始力场，计算了12－冠－4的简正振动频率，对78个简正振动频率进行了精化计算，精化三次后的结果误差为13.99 cm~(-1)，精化后得到12－冠－4的精化力场和势能分布矩阵；将NRCC程序以BASIC语言移至TRS-80微型机上，对二氧六环进行了计算，结果良好，首次给出二氧六环一般价力场的势能分布。一、对二氧六环的处理 二氧六环分子式C_4H_8O_2，合14个原子，有3N－6＝36个简正振动频率。分子结构系由二个乙氧基(-CH_2-CH_2-O-)单元组成的含有四个碳，两个氧的六元环，平衡态分子为椅式构象，属于C_(2h)点群，36个简正振动频率分为四个对称类Ag、Au、Bg和Bu，分布是：Ag 10个，Bg 8个，Au 9个，Bu9个。二氧六环的分子结构及坐标示意图见28而图5，定义了14个伸缩内坐标，26个弯曲内坐标，6个扭曲内坐标，共46个，C－C键长1.54A，C-O键长1.41 A，C－H键长1.096A，键角都用109°28'。用CART程序（NRCC程序之一）计算二氧六环14个原子的笛卡尔坐标，用GMAT程序（NRCC程序之二）计算其B矩阵和G矩阵，用FPERT程序（NRCC程序之三）计算其简正振动频率、精化力场，计算用一般价力场，引入V矩阵对称化，将46个坐标化为46个（内）对称坐标，10个多余坐标在FPERT程序计算中除去。二、对12－冠－4的处理 12－冠－4分子式C_8H_(16)O_4，含28个原子，共3N－6＝78个简正振动频率，分子结构为四个乙氧基(-CH_2-CH_2-O-)单元组成的含八个碳、四个氧的12元环，自由分子的12－冠－4属于C点群。结构数据引自Groth的X光衍射分数和坐标，自己编制了BASIC语言程度将分数坐标化为笛卡尔坐标，用GMAT程序计算B矩阵和G矩阵，FPERT程序计算78个简正振动频率、精化力场、计算势能分布矩阵，引入U矩阵将92个内坐标化为92个对称坐标，14个多余坐标在FPERT程序中自动除去。三、结果 势能分布矩阵给出分子的振动归属，对这两个冠醚类分子的3N－6个简正振动频率，可以划分为五个振动区域。1．C－H伸缩振动区（3000－2800 cm~(-1)） 在该区中，二氧六环有八个值：2974、2966、2854和2867 cm~(-1)各两个，12－冠－4有16个值：2935、2923、2915和2907 cm~(-1)各两个，2860 cm~(-1)8个，高于2900 cm~(-1)者为反对称伸缩振动，低于2900 cm~(-1)者为对称伸缩振动。2．亚甲基弯曲振动之一(1500-1400 cm~(-1)) 该区的主要振动是亚甲基剪式振动(Scissor)，其它振动小于10％二氧六环在该区有四个频率：1443、1461、1451和1457 cm~(-1)，12－冠－4有八个频率：1466、1450、1450和1405 cm~(-1)各两个。3．亚甲基弯曲振动区二(1400-1200 cm~(-1))该区的主要振动模式为亚甲基的颤动(wag)、卷曲(twist)和摆动(rock)振动，其它振动小于13％。二氧六环在该区有八个频率：1334、1303、1396、1216、1367、1264、1377和1296 cm~(-1)，12－冠－4有十六个频率：1388、1363、……1229 cm~(-1)（其中1288、1307cm~(-1)非简并，其余皆两重简并）。4．环的骨架伸缩振动区(1200-600 cm~(-1))该区振动模式复杂，除环的骨架伸缩振动外，还有亚甲基的wag、twist、rock以及环的骨架弯曲振动，而且这些振动的势能分布值都不小。二氧六环在该区有十一个频率，从1127至610 cm~(-1)，12－冠－4有二十个频率，从1135至184 cm~(-1)且大都是二重简并的。5．低频区(600-50cm~(-1))这两个分子在低频区的势能分布略有差别。二氧六环在该区有五个频率：503、486、427、276和224 cm~(-1)，主要振动模式为骨架弯曲振动和扭曲振动，C－O、C－C的扭曲振动在三个最低频率中分布占10－30％。12－冠－4在该区有18个频率，除570和547cm~(-1)处，都是二重简并的，六个最低频率的振动模式完全属于C－O、C－C键的扭曲振动，其它振动小于10％，所以200 cm~(-1)以下可称为12－冠－4的扭曲振动区，在600－200cm~(-1)之间的12个频率主要是骨架的弯曲振动，也有一定量的亚甲基wag、twist、rock振动。12－冠－4的简正坐标分析尚未有人做过。二氧六环的计算结果与Snyder和Zerbi的分析相吻合，12－冠－4和二氧六环两分子势能分布的相对一致性证明了对12－冠－4的简正坐标分析基本是正确的。本文比较了二分子的力常数和振动频率，探讨了环的大小对振动光谱的影响。四、NRCC程序简介 NRCC程序由CART、GMAT和FPERT三个程序组成，即可联一起运用，亦可分开独立进行运算。该程序功能强，所占内存大，适于大、中型计算机使用。CART程序之名字取自Cartisian Co-or-dinates的前四个字母，功能系由分子结构参数（键长、键角）计算分子内各原子的笛卡尔坐标。GMAT程序之名字取自G matrix的前四个字母，功能系由分子内各原子的笛卡尔坐标，原子质量和内坐标定义计算分子内各原子的坐标交换矩阵B和Wilson振动动能矩阵G。FPERT程序之名字取自F Perturbation的前五个字母，功能系由分子振动功能矩阵G、势能常数即力常数矩阵F计算分子的简正振动频率和势能分布矩阵，再通过实验频率精化势能矩阵F。NRCC程序可对含30个原子、60个内坐标的分子进行简正坐标分析，扩充后容量增大一倍。该程序可选用一般价力场(General Valence Force Field, 简称GVFF)和UBS力场(Urey-Bradley-Shimanouchi Force Field)，简称UBSFF或UBFF)。可选用对称化U矩阵，可自行决定力场精化次数和阻尼常数以限制精化结果的收敛性。五、NRCC程序在TRS－80微型机上移植试尝（该部分曾在第三届长春夏季化学讨论会上宣读）针对NRCC程序占内存空间大、难以在微型机上实现的情况，作者将NRCC程序改编为BASIC语言，改变程序的原来结构，形成一组BASIC语言程序：CART／BAS、GMAT／BAS和VIFR／BAS，改编后的BASIC程序在TRS－80微型机调试通过，TRS－80机字长8位，New Dos系统内存32K。改写后的程序只保持了原程序的基本原理，在内存，语句上改动很大，以适于微型机使用。数据在程序中直接嵌入，利于修改替换，且BASIC语言简单易学，便于操作。CART／BAS程序可计算含30个原子以内的分子的笛卡尔坐标，GMAT／BAS程序可计算含20个原子、45个内坐标的分子的G矩阵，VIFR／BAS程序可计算含15个原子的分子的简正振动频率。利用这组程序，作者以二氧六环分子为例做了一些试尝运算，误差14.4 cm~(-1)，相对误差1.8%，结果较理想。

伯胺N_(1923)萃取不同金属离子的机理的研究

伯胺N_(1923)(RNH_2)是一种对许多金属具有优良萃取性能的萃取剂，因RNH_2为较强的Lewis碱，能以多种途径与金属离子结合，文献报道的一般为加合反应及阴离子交换机理，至于配位反应未见报道，故详细地研究RNH_2萃取不同金属离子的机理，发现新的萃取，分离体系，具有理论和实际意义。本文分别研究了RNH_2及其相应盐从不同介质中萃取Ag~+，Zn~(2+)，Cd~(2+)，Sc~(3+)的机理。提出了RNH_2能以配位反应萃取金属离子，并且发现对一些体系(如ZnCl_2, Zn(SCN)_2, CdCl_2等)RNH_2及其盐均具有较好的萃取行为。对有关体系详细研究了其萃取机理：1）RNH_2萃取AgNO_3的机理。在接近中性介质中，RNH_2是AgNO_3的优良萃取剂，其反应机理为：2RNH_(2(0)) + Ag~+ + NO_3~- <-> (RNH_2)_2AgNO_(3(0))考察了溶剂，温度等反应平衡的影响，其分配比基本随溶剂介电常数的增大而增大，并且该反应为放热反应，温度升高不利于萃取。我们还解析了该萃合物的IR及NMR。2，RNH_3NO_3萃取硫代硫酸银的机理。与上述AgNO_3体系不同，RNH_2不能萃取硫代硫酸银，但RNH_3NO_3能以阴离子交换反应萃取该体系中的Ag(I)。通过研究不同因素对分配比的影响，指出在该体系中Ag(I)同时以AgS_2O_3~-和Ag(S_2O_3)_2~(3-)两种形式萃入有机相。并且有机相中AgS_2O_3~-/Ag(S_2O_3)_2~(3-)比值随着NO_3~-浓度的增大，RNH_3NO_3、S_2O_3~(2-)浓度的减小而增大。萃合物的IR分析证明存在两种不同配位形式的S_2O_3~(2-)。3，RNH_2萃取ZnCl_2的机理及平衡规律。研究了RNH_2在不同酸度条件下萃取ZnCl_2的机理，在pH值较高时，RNH_2能以配位反应萃取ZnCl_2，其反应为：2RNH_(2(0)) + ZnCl_2 <-> (RNH_2)_2ZnCl_(2(0))并详细地研究了其平衡规律，得出数学模型：1/D = 2/(C_(RMH_(2(o)))) X + (1 + Σ from i = 1 to 4 of β_i C_(cl~-)~i)/(K C_(cl~-)~2 C_(RNH_(2(0))) (X为平衡水相Zn~(2+)总浓度) 在高酸度([HCl] = 2.8 M)条件下，RNH_2萃取ZnCl_2呈加成反应：(RNH_3Cl)_(3(0)) + ZnCl_2 <-> (RNH_3Cl)_2ZnCl_(2(0))求得了萃取过程的各热力学函数。4）RNH_2萃取ZnBr_2, ZnI_2的机理。研究RNH_2萃取ZnBr_2，ZnI_2的性能表明，在pH值较高时, RNH_2能以萃取ZnCl_2相同的机理萃取ZnBr_2, ZnI_2，其反应为：2RNH_(2(0)) + ZnX_2 <-> (RNH_2)_2ZnX_(2(0)) (x~- = Br~-, I~-) 计算了不同RNH_2浓度条件下反应的平衡常数，表明不是RNH_2浓度的函数，该平衡常数随温度升高而降低。同时我们在相同条件下，比较RNH_2萃取ZnX_2的能力为：ZnI_2 > ZnBr_2 > ZnCl_2 5，RNH_2及其硝酸盐萃取Zn(SCN)_2的机理 在Zn(SCN)_2体系中，RNH_2及RNH_3NO_3的均能较有效地萃取Zn(II)，但其反应机理并不相同，RNH_2以配位反应萃取Zn(SCN)_2，相应的反应为：2RNH_(2(0)) + Zn(SCN)_2 <-> (RNH_2)_2Zn(SCN)_(2(0)) RNH_3NO_3则以阴离子交换反应萃取Zn(SCN)_4~(2-)，其反应如下：(RNH_3NO_3)_(2(0)) + Zn(SCN)_4~(2-) <-> (RNH_3)_2Zn(SCN)_(4(0)) + 2NO_3~- 测定并计算了各反应的浓度平衡常数及热力学函数，两反应均为放热反应。同时，在相同条件下，RNH_2比RNH_3NO_3有更强萃取Zn(II)的能力。6，RNH_2萃取CdCl_2及其它Cd(II)盐的机理 RNH_2及RNH_3Cl能分别以配位反应及加合反应萃取CdCl_2，通过萃合物组成的测定，得出反应方程式为：3RNH_(2(o)) + CdCl_2 <-> (RNH_2)_3CdCl_(2(0)) (RNH_3Cl)_(3(o)) + CdCl_2 <-> (RNH_3Cl)_3CdCl_(2(0))计算了各反应的平衡常数及热力学函数。同时观察了RNH_2萃取CdBr_2, CdI_2, Cd(SCN)_2的性能，相应萃合物组成为(RNH_2)_2CdX_2 (X~- = Br~-, I~-, SCN~-)。在相同条件下，CdX_2的萃取率次序为：Cd(NO_2)_2 < CdCl_2 < CdBr_2 < Cd(SCN)_2 < CdI_2。并讨论了CdX_2的生成能，第二级累积稳定常数，X~-的半径等因素与Cd(II)分配比的关系。7，RNH_2硫酸盐萃取Sc_2(SO_4)_3的机理 研究了不同因素对其萃取性能的影响，指出在硫酸介质中，RNH_2是Sc~(3+)的优良萃取剂。通过萃合物组成的测定得到该萃取反应式为：1.25[(RNH_3)_2SO_4]_(2(0)) + Sc(SO_4)_3~(3-) <-> (RNH_3)_3Sc(SO_4)_3·(RNH_3)_2SO_(4(0)) + 1.5SO_4~(2-)测定并计算了该反应的平衡常数及热力学函数。通过详细解释萃合物的IR，证明在该萃合物中SO_4~(2-)是以双配位形式与Sc~(3+)相结合。在上述萃取机理研究了基础上初步探讨了用RNH_2回收银及进行Zn(II)-Cd(II)分离的可能性。

冠醚修饰电极及其在分析化学中的应用

本论文较系统地研究了Naf:on聚合物薄膜冠醚修饰电极阳极溶出伏安法在分析中的应用。首次将Naf:on薄膜冠醚类化合物修饰电极应用于铊、银和铅三种离子的测定，得到了高灵敏度的分析方法亦用于实际样品测定。用涂层法制备了Naf:on聚合物薄膜冠醚（二环已基18－冠－6）化学修饰电极，用这种修饰电极测定金属离子的高灵敏度来源于将Naf:on对大阳离子的强离子交换能力、冠醚类化合物络合金属阳离子形成大阳离子的能力与溶出伏安法的高灵敏度三者的结合，冠醚化合物中性分子可与金属阳离子络合形成大络阳离子：M~(n+)＋qC=(MC_q)~(n+) Naf:on膜由于其具有的对大阳离子的强交换能力而将冠醚与和金属离子形成的大阳离子络合并吸附于电极表面，在溶出伏安法的富集过程中，电位置于是以令（MCq）~(n+)还原的位置以使（MCq）~(n+)还原：（MCq）~(n+)＋ne=M＋qC 析出的零价态的金属可在Naf:on膜内固定，同时又放出冠醚分子成为新的未被占据的络合吸附中心，继续捕获溶液中的阳离子从而起到富集作用。由于使用溶出伏安法排除电极表面络合吸附饱和的问题，从而使本方法灵敏度大大高于一般的使用化学修饰电极进行预富集的分析测定方法。提出了Naf:on薄膜冠醚修饰电极阳极溶出伏安法测定水溶液中Te(I)的方法，在电位为－1.30 Vvs.Ag/Ag ce处0.1高氯酸锂溶液中，用该修饰电极富集30分钟，检测下限可低至2×10~(-12)M（0.4 ppt）。溶液中Te(I)浓度在5×10(-12)M～1×10(-8)M范围内与溶出峰电流成良好的线性关系且通过原点，可以用标准加入法测定。常见共存元素Zn（II），Su（II），Cu（II），Fe（II），Co（II），Ni（II），In（III）等无干扰。Pb（II）与Cd（II）共存时对Te（I）有干扰，同1×10~(-3)M EDTA掩蔽可有消除干扰。测定了合成样品中的Te（I）含量，平行测定七组样品相对标准偏差4.2％。本文法是目前Te（I）的分析中最灵敏的电化学方法之一。提出了Naf:on薄膜冠醚修饰电极阳极溶出伏安法测定水溶液中Ag（I）的方法。在0.01MHNO_3 4～7×10~(-3)M Cl混合溶液中，检测电位在－0.30Vvs.SCE富集30分钟，检出下限可低至2×10~(-12)M，是迄今所见Ag（I）的分析中灵敏度最高的电分析方法。Ag（I）浓度在2×10~(-11)M～1×10~(-8)M范围内与溶出峰电流成良好的线性关系且通过原点。五到十倍量的Hg（II）和Au（II）有干扰。用本法测定了分析纯硝酸铵中的银含量为0.000048％，平行测定七组样品相对标准偏差为3.7％。提出用Naf:on薄膜冠醚修饰电极阳极溶出伏安法测定水样中铅的方法。在0.lMLiNO_3底液中，电位在－1.10Vvs.SCE富庥3分钟检测限达5×10~(-10)M，方法快速灵敏。Pb（II）浓度在1×10~(-9)～1×10~(-7)M范围内与溶出峰电流呈线性关系。1×10~(-6)以上Cu（II）存在使Pb（II）的峰电流时显增加。用本方法测定了自来水样中的铅含量，平行测定七组样品相对标准偏差8.0％。该修饰电极在K~+浓度为1×10~(-5)～1×10~(-7)M范围内对K~+有能斯特响应。本工作为铊、铅、银的痕量分析提供了高灵敏度的方法，为溶出伏安法摆脱汞污染的问题做出了贡献，为化学修饰电极用于分析化学领域提供了新的途径。