基于单颗粒碰撞电化学的烷硫醇在纳米金表面的自组装行为

摘要

采用单颗粒碰撞电化学分析法，通过检测溶液中分散的单个颗粒，探究了烷硫醇在纳米金（Au NPs）表面的自组装动力学过程，以及组装过程中反应温度、烷硫醇浓度和分子结构对其组装行为的影响.结果表明，烷硫醇自组装单分子层的形成使得Au NPs的活性面积减小，从而导致其催化析氢电流下降.基于此，对比不同自组装条件下测得的碰撞信号，发现吸附量在一定范围内随烷硫醇浓度及反应温度的升高而增大.控制反应时间为10 min，当6-巯基-1-己醇（6-MCH）的浓度为73 mmol/L，反应温度为45℃时，6-MCH在Au NPs表面吸附最多.此外，通过对比6-MCH、 3-巯基-1-丙醇（3-MCP）及3-巯基丙酸（3-MPA）的自组装动力学曲线，发现自组装过程均由快速吸附及缓慢重组组成.由于3-MPA的功能头基（羧酸根）与Au NPs的柠檬酸配体之间存在较强的静电排斥作用，使得3-MPA的吸附量明显低于其它两种分子. 3-MCP与6-MCH的最大吸附量基本相同，但由于6-MCH的烷基链更长、疏水性更强及运动更慢，导致其与Au NPs亲水性柠檬酸配体之间的作用更弱（6-MCH的吸附自由能变比3-MCP高约4.0 kJ/mol），所以较晚达到吸附最大值.

关键词

自组装 / 单颗粒检测 / 烷硫醇 / 纳米金

基金资助

山西省应用基础研究项目（批准号：202203021212173,202203021212175）; 来晋奖励项目（批准号：QZX-2022001,2022005）; 山西省高等学校科技创新项目（批准号：2022L471）; 运城学院博士科研启动项目（批准号：YQ-2021032,2022001）和运城学院化学学科资助