北京大学电分析电分析化学新技术elect学习教案

1、会计学1北京大学北京大学 电分析电分析(fnx) 电分析电分析(fnx)化化学新技术学新技术 elect第一页，共67页。Outline:1. Spectroscopic techniques(光谱光谱(gungp)或波谱技术）或波谱技术）2. Nano-electrochemistry(纳米电化学）纳米电化学）第1页/共66页第二页，共67页。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 光谱光谱(gungp)电化学方法理论与应用，谢远武、董绍俊。电化学方法理论与应用，谢远武、董绍俊。 吉林科吉林科 学技术出版社，

3、学技术出版社， 19935 电化学中的光学方法，林仲华，叶思宇，黄明东，电化学中的光学方法，林仲华，叶思宇，黄明东， 沈培康，北京，科学出版社，沈培康，北京，科学出版社， 19906 Electrochemistry of Nanomaterials, Edited by Gary Hodes, Wiley-VCH, New York, 2001第2页/共66页第三页，共67页。Part One ( 第一部分第一部分)Spectroscopic techniques(光谱或波谱光谱或波谱(bp)技术）技术） 1.1Introduction1.2Definition1.3Examples第3页/

4、共66页第四页，共67页。1.1Introduction (导言(doyn)电分析化学电分析化学(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，极谱学的研究已经达到其最高峰。不前，极谱学的研究已经达到其最高峰。随着其它分析化学随着其它分析化学(fn x hu xu)技术的发展，极谱学越技术的发展，极谱学越来越不重要。光谱电化学及微电极的出现来越不重要。光谱电化学及微电极的出现重新使电化学及电分析化学重新使电化学及电分析化学(fn x hu xu)获得新生！获得新生！T. Kuwana in 1964, M.Fleischmann, A.Bewick et al: 19

5、70s to 1980s, in situ 光谱(gungp)、波谱电化学M.Fleischmann, M.Wightman et al: ultramicroelectrodes 1970s - 1980s第4页/共66页第五页，共67页。1.2Definition60年代初，美国著名电化学家年代初，美国著名电化学家R.N. Adams教授在指导他的研究教授在指导他的研究生生T. Kuwana进行邻二苯胺衍生物电氧化进行邻二苯胺衍生物电氧化(ynghu)时，观察到电极反应时，观察到电极反应伴随有颜色的变化，他提出了这样的设想：伴随有颜色的变化，他提出了这样的设想：“能不能设计出一种能不能设计

6、出一种能看穿的电极，以光谱的方法来识别所形成的有色物质呢？能看穿的电极，以光谱的方法来识别所形成的有色物质呢？”。这个创新思想终于在这个创新思想终于在1964年由年由Kuwana 实现了。他们第一次使实现了。他们第一次使用的光透电极（用的光透电极（OTE）是在玻璃板上镀了一薄层掺杂）是在玻璃板上镀了一薄层掺杂Sb的的SnO2玻璃（玻璃（Nesa玻璃）。光谱电化学从此得到了迅速发展，已成为玻璃）。光谱电化学从此得到了迅速发展，已成为电化学的一个重要分支。它是各种波谱技术和电化学方法相结电化学的一个重要分支。它是各种波谱技术和电化学方法相结合，在同一个电解池内同时进行测量的方法。其特点是同时具合，

7、在同一个电解池内同时进行测量的方法。其特点是同时具有电化学和波谱学二者的特性，可以在电极反应过程中获得多有电化学和波谱学二者的特性，可以在电极反应过程中获得多种有用的信息，对于研究电极过程机理、电极表面特性，检测种有用的信息，对于研究电极过程机理、电极表面特性，检测反应中间体、瞬间状态和产物性质，测定式量电位、电子转移反应中间体、瞬间状态和产物性质，测定式量电位、电子转移数，电极反应速率常数和扩散系数等，提供了非常用力的研究数，电极反应速率常数和扩散系数等，提供了非常用力的研究手段。手段。第5页/共66页第六页，共67页。1.2Definition光谱电化学方法可分为非现场型（光谱电化学方法可

8、分为非现场型（ex situ）和现场型）和现场型（in situ）。前者是在电解池之外考察电极的方法，）。前者是在电解池之外考察电极的方法，大多数涉及到高真空表面技术如低能电子衍射、大多数涉及到高真空表面技术如低能电子衍射、Auger能谱、能谱、X射线衍射、光电子能谱等，但是这些射线衍射、光电子能谱等，但是这些方法不能满足电化学机理的研究的需要。只有在电方法不能满足电化学机理的研究的需要。只有在电解池中，在电极反应操作的同时对电解池内部，特解池中，在电极反应操作的同时对电解池内部，特别是对电极别是对电极/溶液界面状态和过程进行观测溶液界面状态和过程进行观测(gunc)的方法称的方法称为现场法，

9、如现场红外光谱、为现场法，如现场红外光谱、Raman光谱、荧光光光谱、荧光光谱、偏振光谱、紫外可见光谱、顺磁共振谱、光热谱、偏振光谱、紫外可见光谱、顺磁共振谱、光热和光声光谱、园二色光谱等。和光声光谱、园二色光谱等。第6页/共66页第七页，共67页。光谱电化学按光的入射方式光谱电化学按光的入射方式可分为可分为(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页/共66页第八页，共67页。第8页/共66页第九页，共67页。Part Two ( 第二部分第二部分(b fen)Nano-electrochemistry(纳米电化学）纳米电化学） 在在1100nm尺寸下的各种研究称

10、为纳米科技尺寸下的各种研究称为纳米科技采用电化学方法研究物质采用电化学方法研究物质(wzh)在此尺寸下的行为称为在此尺寸下的行为称为纳米电化学纳米电化学第9页/共66页第十页，共67页。纳米电化学是目前电化学领域最时髦的纳米电化学是目前电化学领域最时髦的研究课题之一研究课题之一它的发展与如下几个方面它的发展与如下几个方面(fngmin)有关：有关：（1）1980s开始的电极表面的自组装开始的电极表面的自组装 (SAMs)（2）1980s超分子概念（超分子概念（Superamolecular）（3）1980s发明的发明的SPM (STM, AFM和和SECM等）等）（4）1980sC60和和19

11、90s碳纳米管的发现碳纳米管的发现第10页/共66页第十一页，共67页。第11页/共66页第十二页，共67页。第12页/共66页第十三页，共67页。第13页/共66页第十四页，共67页。第14页/共66页第十五页，共67页。第15页/共66页第十六页，共67页。第16页/共66页第十七页，共67页。The SEM diagrams ofNano- and MicropipettesMicropipettesNanopipettes我们我们group可以制备内径从几个可以制备内径从几个(j )nm到到十几个十几个(j )m的玻璃纳、微米管的玻璃纳、微米管第17页/共66页第十八页，共67页。si

12、zeBiological SystemORGANISMTISSUES CELLSAMINO ACIDSH2O, CO2 PROTEINSPOLYPEPIDE MEMBRANE ENZYME第18页/共66页第十九页，共67页。Cell probe第19页/共66页第二十页，共67页。电化学的应用领域：电化学的应用领域：(Applications)1.化学电源化学电源(电池电池,燃料电池燃料电池)：2.电解电镀：电解电镀：3.腐蚀腐蚀(fsh)：4.电化学合成：电化学合成：5.电催化：电催化：6.生物电分析化学：生物电分析化学：7.电化学传感器：电化学传感器：Ion-Selective Elec

13、trodes8. TAS (micro-total analysis system)9. 单细胞和单分子测量单细胞和单分子测量第20页/共66页第二十一页，共67页。第21页/共66页第二十二页，共67页。第22页/共66页第二十三页，共67页。第23页/共66页第二十四页，共67页。第24页/共66页第二十五页，共67页。第25页/共66页第二十六页，共67页。第26页/共66页第二十七页，共67页。第27页/共66页第二十八页，共67页。第28页/共66页第二十九页，共67页。第29页/共66页第三十页，共67页。第30页/共66页第三十一页，共67页。第31页/共66页第三十二页，共67

14、页。第32页/共66页第三十三页，共67页。第33页/共66页第三十四页，共67页。第34页/共66页第三十五页，共67页。第35页/共66页第三十六页，共67页。第36页/共66页第三十七页，共67页。第37页/共66页第三十八页，共67页。第38页/共66页第三十九页，共67页。第39页/共66页第四十页，共67页。第40页/共66页第四十一页，共67页。第41页/共66页第四十二页，共67页。第42页/共66页第四十三页，共67页。第43页/共66页第四十四页，共67页。第44页/共66页第四十五页，共67页。第45页/共66页第四十六页，共67页。第46页/共66页第四十七页，共67页。第47页/共66页第四十八页，共67页。第48页/共66页第四十九页，共67页。第49页/共66页第五十页，共67页。第50页/共66页第五十一页，共67页。第51页/共66页第五十二页，共67页。第52页/共66页第五十三页，共67页。第53页/共66页第五十四页，共67页。第54页/共66页第五十五页，共67页。第55页/共66页第五十六页，共67页。第56页/共66页