电化学表面增强拉曼光谱研究硫醇类化合物自组装单分子层及在分析测定中的应用

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带有硫醇端基的苯环化合物,在特定条件下与Ag、Au等金属表面形成化学吸附,可进一步作为电极表面的修饰物质而利用。表面增强拉曼散射(SERS)由于具有较大的增强因子,能获得亚单分子层水平的测定灵敏度,对于分析检测具有重要的研究意义。是研究界面效应、表面分子结构以及吸附行为中的有效方法,已成为表征溶液/金属界面的电化学过程最为实用的技术。本论文研究的对象主要为:硫代水杨酸(TSA)、2,2’-二硫代二苯甲酸(DTSA)及水杨酸(SA)。以电化学氧化还原方法对Ag/Au表面进行极化活化,对比了 Ag和Au电极的拉曼增强效果。采用常规激光拉曼光谱、紫外光谱、SERS光谱、循环伏安法、极化曲线以及电化学表面增强拉曼光谱(EC-SERS),从化学吸附、电化学脱附、自组装单分子层(SAMs)等方面来探讨反应机理,研究基底上探针分子的振动光谱特性,为进一步较为深入地研究其规律奠定理论基础。研究结果如下:(1)硫醇分子TSA吸附到Ag电极表面时,可以形成稳定的SAMs,使得修饰电极呈现出新的电化学特性。TSA通过中性分子的硫醇端基脱H后与Ag表面进行吸附,形成S-Ag键而产生SERS光谱。(2)TSA在活性玻碳电极上发生的电氧化反应为不可逆过程,随着pH从4到11变化,阳极氧化峰电位逐渐降低,C6H4(COCT)SH相比C6H4(COOH)SH容易被氧化。TSA在玻碳电极上的电氧化过程为平均每转移3个电子,同时有1个氢离子参与反应。(3)活化后的Ag比Au有更好的SERS效应,活性Ag诱使S-S键断裂,产生的C6H4(COOH)S*与Ag吸附成键。DTSA与其单体TSA的主要特征峰差别不大,通过芳基二硫醚与金属表面的相互作用来形成SAMs,在S-S键分裂后的机理类似于硫醇。经紫外光谱测定,紫外吸收与芳香环大共轭体系的改变与SERS随pH有类似的趋势。(4)因TSA分子稳定的刚性结构和可以很好地控制其功能性的垂直于Au表面,在电极表面通过断裂S-H键而形成S-Au键。施加电位+0.7 V和电预富集70 s时的现场EC-SERS信号最强,随着吸附电位负移而逐渐减弱,至基本消失。TSA在Au表面的排布状态会随施加条件的改变而发生变化,在-1.4 V时发生了还原解吸/脱附。(5)采用硫氰化钾为内标物,以SA的苯环呼吸振动峰(1036 cm-1)与SCN-的特征峰(2120 cm-1)组成相对强度,建立线性回归方程。利用电化学SERS光谱进行SA含量测定的方法,可进一步推广到其他特殊物质的测定,具有一定的应用价值。
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