最新具有光电催化功能的有机无机纳米杂化膜的制备及应用硕士学位.docx

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最新具有光电催化功能的有机无机纳米杂化膜的制备及应用硕士学位

具有光电催化功能的有机无机纳米杂化膜的制备及应用硕士学位

分类号：

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盲审代码：

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硕士学位论文

具有光电催化功能的有机-无机纳米

杂化膜的制备及应用

学科、专业：

有机化学

研究方向：

物理有机化学

完成日期：

20083.10

XX大学学位论文独创性声明

本人郑重声明：

所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得XX大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

论文作者签名：

日期：

年月日

XX大学学位论文使用授权声明

本人完全了解XX大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：

学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权XX大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

本人在导师指导下完成的论文成果，知识产权归属XX大学。

保密论文在解密后遵守此规定。

论文作者签名：

　　　　导师签名：

日期：

年月日　　　　日期：

年月日 

具有光电催化功能的有机-无机纳米杂化膜的制备及应用

摘要

二维有序超薄的有机-无机杂化膜在光学、微电子学以及分子敏感元器件等方面的应用倍受人们的广泛关注,在分子水平设计及合成具有功能性的有机-无机复合超薄膜是当代化学研究的热点和前沿课题之一。

本论文利用Langmuir-Blodgett（LB）膜技术及自组装技术，制备了一系列具有光电催化功能的有机-无机纳米超薄膜，并应用于修饰电极的制备、贵重金属纳米团簇的合成以及生物分子和手性分子的光电识别，具体的研究结果有：

1.利用LB膜技术制备出了一系列有机-无机纳米杂化膜，如clay/[（phen）2（dC18-bpy）]2+（简写为Clay-Ru）和TiO2/[Ru（phen）2（dC18-bpy）]2+（简写为TiO2-Ru）（phen=1,10-phenanthro-line，dC18bpy=4,4’-dioctadecyl-2,2’-bipyridyl）等。

AFM观察发现沉积在玻璃等基材表面的有机-无机杂化膜具有特征的片状结构，其纳米单层杂化膜的平均厚度为3.4±0.5nm。

2.探讨了纳米单层Clay-Ru杂化膜修饰电极的界面电子传递机理。

通过研究Clay-Ru纳米单层杂化膜修饰的ITO电极对DNA的主要成份之一，guanosine5’-monophosphate（GMP）的光电催化氧化行为，实验结果发现：

（a）紧密排列于ITO电极表面的非电活性粘土的加入降低了电极的电化学活性，但有效提高了电极的稳定性和光催化氧化

能力；（b）具有供电子能力的GMP的加入，能有效提高ITO/Clay-Ru修饰电极的电子传递效率；（c）杂化膜修饰电极的电子传递直接通过粘土纳米单层进行。

3.以纳米单层的有机-无机杂化膜TiO2-Ru为模板，运用光化学还原法制备出了具有光电增强特性的贵金属Pt纳米团簇，并用原子力显微镜（AFM）、x-射线光电子能谱（XPS）以及循环伏安法（CV）等进行了相应表征。

4.创造了新奇的具有立体选择性的固体表面并应用于手性分子的光电识别。

运用LB膜技术及自组装技术，在纳米单层的二氧化钛表面上，组装水溶性手性配合物分子Λ-[Os（phen）3]2+，创造了一种新奇的没有立体阻碍效应并具有手性分子识别能力的有机-无机杂化膜。

实验发现利用上述膜修饰的ITO电极对S和R-联萘酚以及（L）和（D）-2-苄基-2-（5-氟尿嘧啶-1-基）甲基甲酰基氨基乙酸甲酯异构体分子产生显著的氧化光电流差异。

上述实验结果将为研制快捷、方便、且具高灵敏度的手性分子传感器提供重要的理论和实验依据。

关键词有机－无机杂化膜，修饰电极，手性识别，贵金属纳米团簇，光电催化

PREPARATIONANDAPPLICATION

OFORGANIC-INORGANICHYBRIDNANOFILMSWITHPHOTOELCTROCATALYTICPROPERTIES

ABSTRACT

Creationofafunctionalsolidsurfaceisoneofthemostchallengingsubjectsforitswideapplicationstoopticaldevices,microelectronicdevicesandsensors.Inthisdissertation,aseriesoforganic-inorganicultrathinfilmshavebeenpreparedbyapplyingthecombinedmethodsofLangmuir-Blodgett（LB）andself-assembletechniques.Suchfilmshavebeenusedaselectrodemodifiers,astemplatestopreparemetalnanoclusters,andaselectrochemicalsensorsforchiralmolecules.Ourinvestationsarelistedasfollows:

（1）Aseriesoforganic-inorganicultrathinfilms,whicharecomposedofamonolayerofmetalcomplexsuchas[M（phen）2（dC18bpy）]2+（M=OsorRu,phen=1,10-phenanthroline,dC18bpy=4,4’-dioctadecyl-2,2’bipyridyl）andaninorganicmonolayerfilm（clayandtitaniumdioxide）havebeenfabricatedbyLBmethod.Atomicforcemicroscopy

（AFM）showsthatthesingle-layeredhybridfilmofclay/[Ru（phen）2（dC18bpy）]2+（denotedasClay-Ru）orTiO2/[Ru（phen）2（dC18bpy）]2+（denotedasTiO2-Ru）iscloselypackedatasurfacepressureof25mNm-1andhaveathicknessof3.4±0.5nm.Theseultrathinfilmshavebeenusedaselectrodemodifiers.Whenappliedtooxidizethemononucleotideofguanosine5’-monophosphate（GMP）,alargecatalyticoxidativecurrentisachievedonthemodifiedelectrodesattheappliedpotentialabove700mV（vsAg|AgCl|KCl）and,moresignificantly,thisresponseisfurtherenhancedunderlightirradiation（λ>360nm）.Moreover,itisrevealedthatthephotocurrentdensitydecreaseswithanincreasingnumberoflayersofhybridfilms,indicatingthattheharvestingofphotoexcitedelectronsverticallythroughtheinorganicnanosheetsisnotefficient.Forefficientphotocurrentgeneration,alateralinterlayerconnectiontoalloftheinorganicnanosheetswithAgpastehasbeenusedandthusadramaticimprovementinthesensitivityofphotocatalyticresponseisobtained.

（2）TheTiO2-RuhybridfilmisutilizedasatemplatetopreparePtnanoclustersbyusingaphotochemicalreductionprocess.TheobtainedTiO2-Ru-PthybridfilmischaracterizedbyAFM,XPS,CVandsoon.OurstudiesdemonstratethatthephotocurrentisstronglyenhancedbybeingdepositedPtnanoclusteresontothesurfaceofthemodifiedelectrodeunderlightirradiation（λ>360nm）.

（3）AseriesofchiralsensingelectrodshavebeenfabricatedbycoatingITOelctrodeswithahybridfilmofmetalcomplexandaninorganicmonolayersuchastitaniumdioxideandmontmorillonite,respectively.ByapplyingthecombinedmethodsofLangmuir-Blodgett（LB）andself-assemblytechniques,amonolayerofawater-solublechiralmetal（RuandOs）complex,whichactsasamediatorofoxidizingatargetmolecule,isfixedelectrostaticallyontoaninorganicmonolayerfilm.ChiralsensingisdemonstratedbymonitoringaphotocurrentwhenthemodifiedelectrodeisincontactwithanaqueousNaClO4solutionof1,1'-2-binaphthol.Ourstudiesillustratethatalarge