电化学合成富勒烯电子授受复合物及其电分析应用研究

富勒烯作为一种新型纳米碳材料，由于其独特的结构和性质，显示了极为广阔的应用前景。而富勒烯的衍生化是实现富勒烯应用的关键。利用富勒烯的缺电子性，即作为电子受体，二茂铁甲酸、锌卟啉等作为电子给体，采用电化学方法即控制电位电解合成富勒烯电子授受复合物。由于富勒烯、二茂铁和卟啉都是良好的电子传递媒介体，同时富勒烯又具有纳米尺寸，拟利用合成的复合物构建既能电催化还原又能电催化氧化的双功能电化学传感器。目前有关这方面的研究还未见报道，具有较强的创新性。这方面的研究不仅有助于探索富勒烯衍生化的新方法，了解这类新的纳米材料的电化学和光化学性质，还为其应用于电化学传感器的研制提供理论依据，是一个具有理论和实用意义的新课题。同时也为当前化学领域的研究热点之一：碳基底材料的合成和应用研究打下基础，是一项开拓性的研究，具有十分重要的理论意义和研究价值。

该项目围绕构筑基于富勒烯衍生物的电催化和传感界面开展研究。富勒烯作为一种新型纳米碳材料，由于其独特的结构和性质，显示了极为广阔的应用前景。而富勒烯的衍生化是实现富勒烯应用的关键。利用C60作为电子受体，二茂铁甲酸作为电子给体，采用控制电位电解合成富勒烯笼上加成不同数目的二茂铁甲酸基团的复合物，实验结果表明该类复合物对过氧化氢的还原有较好的电催化作用，同时对析氢反应也有电催化作用。八羟基富勒醇是一种微溶于水的富勒烯衍生物，其在水溶液中有一对氧化还原峰，其还原产物能与支持电解质的阳离子结合成盐沉积在电极表面，再滴涂一层Nafion膜而制得修饰电极，该修饰电极对析氢反应表现出很好的电催化活性，是一种不含过渡金属的近全碳分子催化剂，为探索富勒烯衍生物在催化析氢方面的应用打下基础。研究了高碳富勒烯C84的同分异构体修饰电极的电化学行为, 发现其中一种结构为C2(IV)的分子在水溶液中有一对稳定的氧化还原峰, 进一步研究了其与鸟嘌呤的相互作用,经电化学和光谱表征证实C2(IV)与鸟嘌呤之间的相互作用主要是形成电荷转移复合物，为研究富勒烯和生物分子的相互作用奠定了基础。碳纳米管豆荚结合了被填充的分子和碳纳米管两者的优势，其电化学性质及在传感器构筑方面的研究引起了人们的关注。研究了C60填充双壁碳纳米管形成的纳米豆荚修饰电极的电化学性质，出现了三对相应于管内填充的C60可逆还原的氧化还原峰，说明双壁碳纳米管担任分子导线允许了电子在基底电极和管内C60之间的传导。研究了二茂铁双壁碳纳米管豆荚（Fc@DWNTs）修饰电极和二茂铁单壁碳纳米管豆荚（Fc@SWNTs）修饰电极的电化学，得到了相应于管内填充二茂铁的一对氧化还原峰，并探讨了修饰电极对多巴胺的电催化，结果显示Fc@DWNTs修饰电极对多巴胺的氧化表现出电催化作用，而Fc@SWNTs修饰电极对多巴胺的氧化和还原均有电催化作用，这是由于单壁碳纳米管和双壁碳纳米管的结构不同所导致的。本项目的研究不仅丰富了富勒烯衍生物在水溶液中的电化学，建立了合成富勒烯电子授受复合物的新方法，而且拓展了富勒烯衍生物在电催化和能源转化领域的应用。