單金屬納米粒子的電化學(xué)性能研究

劉　娟，薛婉怡，葉　芳，王俊人，周　明（東北師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院，納米生物傳感分析吉林省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，多酸科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，動(dòng)力電池國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，吉林長春130024）

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單金屬納米粒子的電化學(xué)性能研究

劉娟，薛婉怡，葉芳，王俊人，周明*
（東北師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院，納米生物傳感分析吉林省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，多酸科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，動(dòng)力電池國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，吉林長春130024）

面向單金屬 納米粒子（single metal nanoparticles）電化學(xué)性能的研究是近年來電化學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。該項(xiàng)研究將加深我們對(duì)于金屬納米粒子電化學(xué)催化機(jī)理的理解，進(jìn)而設(shè)計(jì)更加有效的電化學(xué)催化劑。然而為了獲得真實(shí)、可信的單金屬納米粒子電化學(xué)性能，實(shí)驗(yàn)本身對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和技術(shù)的要求相對(duì)苛刻：（1）對(duì)極低電流的檢測。單金屬納米粒子產(chǎn)生的電流極小，通常在皮安（pA=10-12A）甚至飛安（fA=10-15A）級(jí)；（2）時(shí)間分辨能力要求相對(duì)較高?，F(xiàn)階段通過納米粒子與微電極碰撞對(duì)單金屬納米粒子電化學(xué)性能進(jìn)行研究的方法，需要儀器滿足電流在微秒級(jí)的時(shí)間分辨下測量。（3）原位測量。現(xiàn)階段通過納米粒子與微電極碰撞對(duì)單金屬納米粒子電化學(xué)性能進(jìn)行研究的方法，需要原位測量。

近年來，美國華盛頓大學(xué)（西雅圖）化學(xué)系張波教授課題組在單金屬納米粒子電化學(xué)性能研究方面開展了系統(tǒng)、有特色的研究。2010年，該課題組率先開展了基于單金屬納米粒子電極的制備及其電化學(xué)性能研究［1］。在該工作中，他們首先利用激光拉制了直徑約為6 nm的鉑電極，然后將金納米粒子修飾于鉑電極表面，構(gòu)筑了基于單個(gè)金納米粒子的電極，進(jìn)而系統(tǒng)地研究了單個(gè)金納米粒子的穩(wěn)態(tài)電化學(xué)響應(yīng)，圖1（A）。2014年，張波教授課題組首次利用快速循環(huán)伏安法（fast-scan cyclic voltammetry）研究了單鉑納米粒子與微電極碰撞過程中單鉑納米粒子的電化學(xué)性能［2］，圖1（B）。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于快速掃描循環(huán)伏安法可以記錄單個(gè)納米粒子在不同電位的電流變化，這使研究者可以獲得對(duì)單個(gè)納米粒子的化學(xué)分辨能力。該方法突破了美國德州大學(xué)奧斯汀分校Bard教授課題組及其他課題組一直以來利用恒電位法研究單金屬納米粒子電化學(xué)性能的局限性。最近，張波教授課題組利用擬合的方法進(jìn)一步驗(yàn)證了快速循環(huán)伏安法是一種研究單金屬納米粒子電化學(xué)性能的非常有效的方法［3］。

圖1?。ˋ）單金納米粒子電極示意圖；（B）利用快速掃描循環(huán)伏安法研究單鉑納米粒子與微電極碰撞過程中單鉑納米粒子電化學(xué)性能的示意圖

參考文獻(xiàn)

［1］Li Y，Cox J，Zhang B.Electrochemical responses and electrocatalysis at single Au nanoparticles［J］.Journal of the American Chemical Society，2010，132 （9）：3047-3054.

［2］Guo Z，Percival S，Zhang B.Chemically resolved transient collision events of single electrocatalytic nanoparticles［J］.Journal of the American Chemical Society，2014，136（25）：8879-8882.

［3］Percival S，Zhang B.Fast-scan cyclic voltammetry allows determination of electron-transfer kinetic constants in single nanoparticle collision［J］.The Journal of Physical Chemistry C，2016，In Press，DOI:10.1021/acs.jpcc. 5b11330.

*通信聯(lián)系人，E-mail:zhoum739@nenu.edu.cn

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