自组装单层膜的应用进展.ppt

自组装单层膜的应用进展 XXXX 应用化学 主要内容 一、自组装单层膜简介 ?自组装单层膜的定义 ?自组装单层膜的特点 二、自组装单层膜的应用进展 ?自组装膜在电分析化学的应用 ?自组装膜在金属腐蚀与防护中的应用 ?自组装膜在美感修饰效能的应用 一、自组装单层膜简介 ?自组装单层膜的定义 分子自组装是在平衡的条件下,通过共价键或非共价键相互作用,自发地缔合形成稳定的、结构完美的二维或三维超分子的过程。 自组装单层膜（ Self-assembled monolayers，简写为 SAMs）是表面活性物质在基片上形成一层排列致密有序的自组装膜，是近20 年来发展起来的一种新型有机超薄膜。 将合适的基底浸入到待组装分子的溶液或气氛中后,分子自发地通过化学键牢固地吸附在固体表面而形成一种有序分子组合体,其中的分子排列有序,缺陷少,呈“结晶态”。 ?自组装单层膜的特点 原位自发形成； 热力学稳定； 覆盖度高，缺陷少； 分子有序排列; 可人为设计分子结构和表面结构来获得预期的界面物理和化学性质; 简单易得。 由于其独特的结构和性能，其应用受到科研工作者的密切关注。 二、自组装单层膜的应用进展 ? 自组装膜在电分析化学的应用 化合物电化学性质研究 生物传感器 离子选择性电极 电子转移 化合物电化学性质研究 1 利用自组装膜的活性基团，将具有氧化还原中心的化合物引入自组装膜分子中，在电极表面形成特定的修饰层来研究这些化合物的电化学性质。常常研究的化合物有二茂铁、偶氮苯、醌、染料及它们的衍生物等。 2 将具有氧化还原中心的化合物共价键合在自组装膜上，研究该氧化还原中心对其他电活性物质的电催化作用。醌、染料及其衍生物对生物分子( 如蛋白质及其他小分子) 的电催化研究最为广泛。 生物传感器 利用自组装膜技术将酶或具有活性的细胞组织固定在自组装膜电极上，可制成对生物物质有选择性响应的传感器，对特定物质选择性地产生电催化反应，并对产物进行检测。根据识别机理，SAM 生物传感器可分为电化学传感器，光学传感器，热传感器和质量传感器。石英晶体微天平(QCM) 是一种质量传感器，它根据共振频率变化引起的原位质量变化进行分析检测。这种质量敏感技术在研究单分子层信息，酶的固定、小分子有机物以及大的生物分子选择性响应等方面具有独到之处。 离子选择性电极 引入特定基团或化合物的自组装膜修饰电极对金属离子有选择性的响应，可制成离子选择性电极。具有超分子结构的冠醚，杯芳烃及杯芳醚对金属离子及有机分子有很高的识别能力，将这些物质键合在自组装膜电极上，可对金属离子及有机分子进行选择性测定。 电子转移 1 一方面通过SAMs 分子表面基团的设计，从而影响异相电子转移的速率，进而更进一步研究电子转移的机制。2 另外一方面是通过改变pH ，调节SAMs表面基团的状态，进一步研究影响异相电子转移的过程。 ?自组装膜在金属腐蚀与防护中的应用 金属在各种环境下均会遭受腐蚀，轻者给人们的生产和生活带来诸多不便，重者造成巨大的财产损失，甚至危及人身安全。因此研究金属腐蚀机理，采取有效的防腐蚀措施具有十分重要的意义。自组装技术在金属腐蚀与防护中的应用主要体现在以下几方面： (1) 解释缓蚀机理需要了解缓蚀剂在金属表面的微观吸附状态，如分子的取向和排列方式等，但运用常规的涂层方法直接获取分子取向和排列特征非常困难，可以借助SAMs 模型来解释缓蚀剂作用机理。 (2) 可以通过一些现代分析测试仪器对SAMs进行表征，如XPS（ X射线光电子能谱分析）、FTIR(傅里叶变换红外光谱仪)、STM(扫描隧道显微镜）、SEM（扫描电子显微镜）及EIS（电化学阻抗谱）等。 (3) 能有效提高缓蚀剂的缓蚀效率。缓蚀剂分子在基底金属上自发形成单分子层，分子层排列致密，结构有序，可以阻止介质中的水分子、氧原子向金属表面的迁移和传输，即能很好地抑制基底金属的氧化—还原过程，保护基底金属免遭腐蚀。例如，希夫碱是一类含有亚胺或苯甲亚胺基团的化合物，其分子中所含的氮原子和氧原子具有未成对电子，而且两个苯环和碳氮双键形成大∏键，可通过化学键作用吸附在铜的表面上形成自组装单分子膜，而烷基硫醇由于具有两亲性也被广泛应用于自组装膜的研究。 ?自组装膜在美感修饰效能的应用 基于自组装单分子膜的自身特性，像韧度高、膜层稀薄且致密有序等特点，非常适合作精美奢侈饰品与贵重金属的防磨损保护层。又由于自组装单分子膜的厚度在纳米级水平，金属表面成膜后并不影响其美观和性能，所以像钻石、铂金等贵重物品制成的工艺品、文物或纪念品的表面修饰更具有特别重要的意义。