吖啶类化合物电致化学发光及离子液体功能化纳米复合材料的研究

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1、中国科学技术大学博士学位论文吖啶类化合物电致化学发光及离子液体功能化纳米复合材料的研究姓名：张昊申请学位级别：博士专业：分析化学指导教师：崔华20100401摘要论文首先综述了电致化学发光、离子液体、金属纳米材料／纳米复合材料以及纳米电致化学发光生物传感器的发展现状。电致化学发光新体系和机理研究一直受到人们的关注，新的电致化学发光体系的发现，有利于进～步拓展电致化学发光的分析应用潜力。而金属纳米材料作为纳米生物传感器中新型的建筑单元，对传感器的稳定性、重现性和灵敏度均起着重要作用。因此，本论文一方面针对吖啶类化合物，探索其电致化学发光新体系，并研究

2、其发光规律和机理，最终将新体系作为检测手段构建纳米电致化学发光DNA传感器；另一方面合成离子液体保护的金属纳米粒子和复合纳米材料，对新材料中的作用机理进行研究。主要研究内容如下：1．与水相中的电致化学发光行为相比较，光泽精在乙醇溶液中可以得到三个新的阳极发光峰(ECL．2～4)。对所得循环伏安曲线进行微分处理，并借助于线性扫描、预电解等多种电化学手段，对多个发光峰进行表征和分析，提出了各个发光通道的反应机理。ECL．2(-0．53VVS．SCE)可能对应于光泽精与过氧化氢电还原过程中产生的自由基02”之间的发光反应：ECL．3(0．20VV8．SC

3、E)可能对应于蹦妒一二甲基．9，9’．双吖啶烯(DBA)电氧化产生的自由基Luc¨与溶解氧之间的发光反应：ECL．4(O．51VVS．SCE)则为在溶解氧存在下，自由基Luc“去质子化产生的DBA异构体与光泽精之间的发光反应。新产生的发光峰都与自由基相关，可能因为相对于水相而言，自由基可以在乙醇相中存活更长时间；另一方面光泽精的还原产物在乙醇中有更好的溶解性，因而更容易被电氧化并诱导电致化学发光。该项研究对光泽精电致化学发光基础理论研究具有重要意义。2．首次发现了光泽精与三丁胺体系的电致化学发光行为，在阳极可以产生一个新的电致化学发光峰并伴有两个肩

4、峰。通过研究溶剂、电极材料、试剂浓度、气氛、电解质等因素的影响，我们推测ECL．1(O．91VVS．SCE)和S1(0．52VVS．SCE)对应于光泽精与TBA电氧化产物之间的发光反应，而反应所得的中间体则可进一步与光泽精发光并产生S2(1．19VVS．SCE)。ECL．2(0．66VVS．SCE)、S3(O．33VVS．SCE)、S4(1．07VVS．SCE)则为ECL．1、S1、S2各自的对峰，具有同样的反应机理。另外我们还研究了多种胺类化合物如三丙胺、三乙胺等与光泽精之间的电致化学发光行为。发现对于脂肪胺而言，随着三级胺脂肪链长的增加，发光光

5、强也随之增加。随着脂肪链数量的减少，发光光强表现为叔胺大于仲胺大于伯胺。该项研究为设计吖啶类发光化合物新型电致化学发光反应体系提供了新的研究思路。摘要3．首次发现三丙胺可以引发吖啶酯标记物的电致化学发光。推测该过程为三丙胺电氧化后产生的自由基进攻吖啶环9位，诱导吖啶环发生多重键裂生成激发态的Ⅳ-甲基吖啶酮，并最终跃迁回基态产生发光。成功将该反应作为检测体系，以“夹心法”构建新型电致化学发光DNA传感器。对基于吖啶酯／三丙胺体系构建的DNA传感器进行初步的实验条件优化后，对模板DNA链进行定量分析。最优条件下，该DNA传感器的线性范围在5．0×10‘

6、15mol·L～。5．0×10’12mol·L。1之间，检测限(。SI／Ⅳ=3)为3．0×1005mol·L～，并且对单碱基错配、双碱基错配和完全错配DNA序列进行了研究，发现这些序列产生的ECL信号明显低于完全互补配对的目标DNA序列，表明该传感器具有良好的选择性。该项研究在临床分析中具有重要的应用潜力。4．成功地在水相中合成了羧基和氨基功能化离子液体保护的金／铂纳米颗粒。当用硼氢化钠作还原剂时，可以得到较小粒径的纳米金(3．5rim)和纳米铂(2．5nm)；当柠檬酸钠作还原剂时，可以得到多种粒径的较大颗粒纳米金(23，42和98nm)。我们采用

7、透射电镜、紫外．可见吸收光谱、x射线光电子能谱等手段表征所得纳米粒子的形貌和表面状态，发现离子液体在保护纳米颗粒时，会使金属表面的电子云向咪唑环偏移，导致离子液体的C1s和N1s电子能谱发生负移。我们推测其保护机理可能有三种模型：(1)通过咪唑阳离子与金属表面负电荷之间的静电相互作用。(2)功能化基团与金属表面原子问的作用。(3)模型1和2两种作用力共同作用。所合成的金属纳米颗粒均可以吸附于未处理的多壁碳纳米管之上，形成复合纳米材料。该材料的形成可能与咪唑环和碳管表面之间的阳离子．7【或7c-兀共轭作用有关，离子液体在金属纳米颗粒和碳管之间相当于起

8、了一个连接试剂的作用。吸附实验过程中没有加其它的化学试剂，碳纳米管也不用经过酸化或其它处理步骤，而所得到的复合纳米材料仍然