新型贵金属原子簇/纳米结构修饰电极制备、压电电化学研究及分析应用

贵金属原子簇/纳米结构具有很高的电催化活性和导电性，其制备、表征和应用是当前电分析和电化学学科的活跃研究方向，但目前电极表面相关的原子沉积过程原位信息和修饰层的电催化比活性数据依然欠缺，且生物催化驱动的制备和酶活中心布线方法鲜见报道。故此，我们提出本项目，拟在本体和纳米修饰电极基底上，利用欠电位沉积层等的化学氧还置换反应在电极表面构筑（复合）贵金属原子簇/纳米结构；籍生物催化反应制备高效功能性贵金属-酶复合修饰层并研究电极接通酶活中心的布线，以高敏压电传感技术定量研究原子簇/纳米结构及其酶复合物的形成过程，并定量评估修饰层的酶（电催化）比活性，籍此创新和优化材料和方法，应用于化学/生物传感和电催化等领域。主要研究内容包括：（1）基于化学氧还置换反应的电极表面（复合）贵金属原子簇/纳米结构构筑；（2）生物催化驱动的贵金属原子簇/纳米结构构筑及酶活中心布线；（3）化学/生物传感与电催化应用。

贵金属纳米结构具有很高的催化活性和电子导电性，其制备、表征和应用是当前电分析和电化学学科的活跃研究方向，但目前电极表面纳米结构制备和应用过程的动态分析表征研究相对不多，这在一定程度上制约了该方向的快速发展。本项目基于压电电化学动态分析表征方法、常规电化学技术、光谱法、表面显微技术等手段，采用化学和生物化学法制备功能材料、纳米材料和纳米结构，在分析化学和电化学材料和方法创新方面，完成了以下4个方面的基础研究工作。（1）电催化分析：实现了单层和多层贵金属修饰电极新法制备与动态表征、新型贵金属-纳米碳复合材料修饰电极制备以及新型修饰电极的电催化/电分析应用；（2）生物电分析：研究了新型酶固定材料及其贵金属纳米复合物、固定酶比活性测试以及贵金属纳米材料标记的超敏免疫电分析；（3）内球机理与电分析：研究了金/铂/玻璃碳电极表面与无机As组分的相互作用以及As(III)和As(V)的内球电化学机理、化学还原及同时高敏电分析；（4）其他：包括新型色谱电化学检测器、纳米材料修饰电极的伏安信号/背景/噪声的平衡、纳米限域的电分析等研究。以上研究工作有助于在一定程度上深化对化学和生物化学法制备纳米贵金属修饰电极、电极表面纳米材料的结构与功能、电极界面电子转移的短程效应、纳米电分析的信号/背景/噪声平衡、生物纳米分析信号放大等重要科学问题的理解。项目执行期间，共在Energy Environ. Sci. (最新SCI IF=20.523)、Adv. Funct. Mater. (SCI IF=11.805)、Chem. Commun. (SCI IF=6.834)等国内外学术期刊发表标注论文45篇（SCI论文43篇），其中两篇论文[RSC Adv., 2013, 3, 4473-4491; ACS Appl. Mater. Interface, 2013, 5, 2241-2248]被选为2005~2015年时间段的基本科学指标数据库（ESI）高被引论文；授权国家发明专利共3项；指导毕业博士研究生5人、硕士研究生11人；所指导的1篇博士学位论文被评为2012年度全国优秀博士学位论文提名论文。