液/液界面的结构与功能化研究

The interfacial structure of a liquid/liquid interface has been and is always one of the most fundamental and difficult issues in the field of electroanalytical chemistry at liquid/liquid interfaces, because it is closely related to thermodynamics, kinetics and mechanism of charge (electron and ion) transfer processes at the interface. There exist a few structure models, which however could not explain all experimental results. In this project, we plan to combine ultramicroelectrodes (metal and glass pipette) (UMEs), scanning electrochemical microscopy (SECM), scanning ion conductance microscopy (SICM) and imaging approaches to develop novel techniques to study the interfacial structure of liquid/liquid interfaces. Meanwhile, we will also attempt to modify the interface with lipids, biomolecules and nanoparticles in order to achieve useful functionality (applications) of a liquid/liquid interface, such as molecular recognition, biomimetic and molecular catalysis. In summary, this study will deep our understanding on the interfacial structure of a liquid/liquid and extend the practical applications of electroanalytical chemistry at liquid/liquid interfaces. Another goal of this key project is fostering young generation in the field of electroanalytical chemistry at soft interfaces.

由于液/液界面的结构与电荷（电子与离子）转移反应热力学、动力学、反应机理等密切相关，界面问题是液/液界面电化学与电分析化学的核心问题，在过去的30多年中一直是该领域研究的热点与难点。虽然已经取得了不少进展，提出了一些模型，但一些关键问题仍没有解决。本项目力图将各种超微电极（包括金属与玻璃管）、扫描电化学显微镜（SECM）、扫描离子电导显微镜（SICM）、成像技术相结合，发展探测液/液界面结构的新方法与技术。同时，采用磷脂、生物分子、纳米颗粒等材料修饰液/液界面，使其具有分子识别、催化和仿生等功能，发展表征修饰界面的方法与技术，拓展液/液界面电分析化学的应用领域。培养从事软界面电分析化学研究及应用人才。

液/液界面结构与功能化是目前液/液电分析化学研究中的关键科学问题和难点。项目组结合了超微电极（金属与玻璃管）、SECM、SICM、成像技术等发展探测液/液界面结构的实验方法与技术，进一步完善界面结构模型；同时探讨液/液界面构筑和修饰新方法，研究液/液界面在分子识别和分子电催化反应方面的应用。取得了一系列创新性成果，主要包括：（1）目前有两种描述液/液界面结构的模型－MVN和GS模型，两者均能部分地描述液/液界面的结构，但都不能解释全部实验结果。通过拉制特殊形状的纳米玻璃管和改进SICM的硬件和软件，对于不同的体系，发展了一种可区别那些体系可用MVN或GS模型描述实验的方法；（2）通过对玻璃管内外壁的修饰，增强玻璃管的功能化和应用范围，率先实现了有机相中的离子电流整流和双管的离子整流；（3）提出了同质和杂化电极的概念；发展了几种制备同质和杂化超微电极的方法；发展了敞开式的电化学-质谱联用技术，用于研究液/液界面和固/液界面上的质子偶合的电子转移（PCET）反应；（4）发展了纳米级液/膜界面萃取电化学分析方法，实现了一系列复杂分析体系中有机小分子的直接电化学检测；制备了双通二氧化硅有序纳米孔阵列薄膜，研究了其分子选择性和渗透性，进一步以其为支撑构建了纳米级液/液界面阵列，应用于复杂分析体系中离子态药物分子的选择性伏安分析和界面氧还原反应的机理研究；研究了两种卟啉分子在液/液界面上的吸附行为及其对界面氧分子还原反应的催化作用，对质子偶合的电子转移反应机制进行了分析，探讨了卟啉分子中活性位点的催化机制。..项目组共发表标注论文77篇，获授权国家发明专利6件。培养了一批从事软界面电分析化学基础和应用研究的队伍，同时建立了广泛的国际合作关系，推动了软界面电分析化学的发展。