超分子修饰电极的研制及其在有机物电解中的应用

本项目研究将具有超分子识别功能的超分子主体化合物如环糊精、杯芳烃等修饰在电极表面，制备超分子修饰电极。借助主客体相互作用，使水溶液中带有非极性基团的有机小分子客体易于吸附到超分子修饰电极上，并形成超分子包合物。通过超分子包合物在电极表面的直接电化学反应，间接使有机小分子客体在电极表面发生电化学氧化还原反应。与未修饰的裸露电极相比，采用超分子修饰电极作工作电极，由于富集作用，有机电活性物质的电极表面浓度显著增加，因而可有效提升电解反应的电流效率。该项目研究成功，可广泛用于水溶液中有机电解合成和废水中有机污染物的电化学降解等领域。本项目将针对不同的小分子客体，选择合适的超分子修饰电极，探寻主客体相互间的作用规律及超分子包合物在电极上的放电机理，为研究超分子修饰电极在电化学合成和环糊精污染物的电化学降解中的应用提供必要的理论基础和实验参数。

本项目设计并合成了巯基杯芳烃、杯芳烃磺酸盐、聚合物环糊精等具有超分子识别功能的超分子主体化合物。研究了这些主体化合物与中性红、丁基罗丹明B、二茂铁、多巴胺等多种有机小分子的相互作用，测定了包合反应的热力学参数。采用自组装、滴涂等方式将超分子主体化合物修饰到电极表面，制备了超分子修饰电极。对修饰电极进行了表征，研究了修饰电极的电化学性质。探讨了超分子修饰电极对水溶液中带有非极性基团的有机小分子客体的超分子识别作用。进一步证实借助主客体相互作用，有机小分子易于吸附到超分子修饰电极上，并形成超分子包合物。通过超分子包合物在电极表面的直接电化学反应，可以间接使有机小分子客体在电极表面发生电化学氧化还原反应。与未修饰的裸露电极相比，采用超分子修饰电极作工作电极，由于富集作用，有机电活性物质的电极表面浓度显著增加，因而可有效提升电解反应的电流效率。探讨了超分子包合物在电极上的放电机理，为超分子修饰电极在电化学合成和有机污染物的电化学降解中的应用提供了必要的理论基础和实验参数。. 本项目还设计合成了几种新型的超分子吸附剂，利用载体表面的超分子主体化合物对有机物的识别，实现了对有机污染物的吸附与富集。本项目还通过静电纺丝技术，制备了环糊精/聚合物复合纳米纤维，并修饰到电极表面，该修饰电极也同样具有超分子识别能力，可以富集、检测水体中的有机物分子。此外，采用水热法合成了一系列的氧化物及其复合纳米材料，如球形Fe3O4，CuO纳米棒，Pd/MFC，Ag/MFC用于催化染料降解、Suzuki和Heck偶联反应、烯烃氧化等反应。. 根据本项目计划书，各项任务现已完成。项目执行期间取得了较好的研究成果，共计发表论文23篇，其中SCI论文19篇，申请专利7项，授权专利3项。项目执行期间内，共有两人参加国际会议1次，10人次参加国内学术会议5次。培养博士1名，硕士7名。超额完成项目计划书中的研究目标。