二维长程有序微/纳球腔阵列电极的构建及电化学特性研究

本项目利用LB膜技术在电极表面制备二维长程有序聚苯乙烯或SiO2微／纳球模板阵列，进而依托微／纳球模板阵列，通过电化学沉积方法构筑电极表面半导体或绝缘体材料微／纳球腔阵列结构；利用球腔半导体或绝缘体材料内部的电阻梯度对球腔内电化学反应的局域效应形成电极表面电化学反应微/纳区阵列，进一步考察微／纳尺度球腔内电化学反应特征以及微/纳球腔电极阵列上电化学反应行为，建立微/纳球腔电极阵列电化学检测模型；通过微／纳球腔的内表面化学修饰，建立有利于保持生物分子活性及电子传递的电化学反应微环境，探寻适合电化学生物传感器的微环境体系；探索这类新型微/纳电极阵列在分析检测中潜在应用的可行性，为发展灵敏度和可靠性高的生物芯片积累基础。

微/纳电极电化学是20世纪70年代发展起来的一门新兴电化学学科。由于其具有许多不同于常规电极的优良电化学特性而成为电化学和电分析化学的前沿课题之一，并在许多领域得到了广泛应用。本项目以尺寸均匀的聚苯乙烯微球为模板，利用聚苯乙烯微球在不同溶剂中的表面张力不同在气液界面制备二维长程有序聚苯乙烯微球模板阵列，并依托此模板阵列，通过电化学沉积或物理旋涂方法在电极表面构筑绝缘体(SiO2)微球腔阵列结构；利用SiO2的绝缘性和微球腔反应器的局域效应在每个微球腔反应器底部裸露的电极表面电沉积金、银纳米粒子，形成Au(or Ag)/SiO2/ITO电极。由于金纳米粒子熔点远低于块体金熔点以及SiO2的热稳定性高等特点，加热Au/SiO2/ITO电极使金纳米粒子熔融形成[1 1 1]晶面显著突出的单个金粒子，考察了其对乙醇、丙三醇和葡萄糖的电催化性能，发现虽然单个金粒子的表面积远小于多个金纳米粒子，但其突出的[1 1 1]晶面取向是醇类物质的优良电催化氧化中心。以Ag/SiO2/ITO为基底，用对巯基苯胺为探针分子研究其表面增强拉曼性能，发现由于SiO2微球腔的存在使处于其中的Ag纳米粒子表面电荷得以重排，促使化学增强机制得到显著提高。通过对巯基苯甲酸分子(MBA)将过氧化物酶-11(MP-11)修饰到处于SiO2微球腔底部的金纳米粒子上形成MP-11/MBA-Au/SiO2/ITO电极，研究其对H2O2的电催化反应，发现电极表面的微球腔形成了“软”微电极阵列，由于每个球腔中电化学反应的有效面积小和有限空间的边缘效应，电化学反应的半球扩散和稳定扩散限制使电流快速到达微球腔内部，因此该电极具有线性范围宽、检测限低和快速响应特性。