杂化和同质微/纳米电极的制备、表征与分析化学应用

The coupled processes between an ion transfer (IT) and an electron transfer (ET) are rather common in life systems. The goal of this project is to develop methodology for fabrication of dual electrodes made by different materials (DEDM) and dual electrodes made by same materials (DESM), and to characterize these fabricated electrodes and develop related theoretical descriptions. Using these electrodes, we will try to investigate the complicated reactions of IT and ET and possible coupled processes at a liquid/liquid interface; to study the mechanism of proton-coupled electrode transfer (PCET) which is the key issue for interfacial molecular electrocatalysis; to develop novel micro and nano electrochemical sensors based on simultaneously detection of ionic and electronic currents.

生命体系中普遍涉及离子转移（IT）与电子转移（ET）反应以及两者的偶合过程。本申请项目的主要目的是基于玻璃微/纳米双管来制备不同和相同材质的微/纳米杂化或同质电极，并对它们进行表征和发展相关理论。采用所制备的电极来研究液/液界面上复杂的离子转移与电子转移以及可能的偶合反应；同时也探讨界面上分子电催化所涉及的质子偶合的电子转移反应（Proton-Coupled Electron Transfer, PCET）的机理；发展可同时检测离子电流和氧化还原反应电流的微/纳米电化学传感器。

生命体系中普遍涉及离子转移（IT）与电子转移（ET）反应以及两者的耦合过程，例如，.质子耦合电子转移反应（PCET）。深入探讨这些反应机理无疑可以使人们更合理地设计能量转化体系和发展新型电化学传感器。基于本项目的实施，我们提出了杂化和同质电极的概念；发展了制备碳杂化微/纳米电极和碳/碳同质微/纳米电极，以及凝胶（agar和PVC）杂化微/纳米电极的方法与表征方法。基于所制备的碳杂化微米电极，发明了电化学（EC）与质谱（MS）联用新技术，可用于复杂电化学机理的研究。采用所研发的EC-MS联用技术，探讨了液/液界面上在钴卟啉和二茂铁存在下催化还原氧气的反应机理，并结合理论计算与光谱实验，证实了液/液界面上该催化过程是一个四电子机理过程。也研究了一些电致化学发光体系（固/液界面体系）的反应机理，探讨了一些复杂液/液界面的耦合反应；并开创了玻璃纳米双管整流的研究。该项目共发表和接收待发表论文16篇，获授权发明专利2件，申报1件。.该项目的顺利实施，极大地拓展了微/纳米电极的种类及应用范围；并基于此发展了几种化学测量新技术与方法。