以表面增顯紅外吸收光譜儀探討烷基胺分子在金電極表面上之自組裝行為及其單分子膜電化學特性

Abstract

本研究利用表面增顯紅外光譜儀(SEIRAS)及循環伏安儀(CV)來探討烷基胺分子在黃金表面上的即時(in-situ)自組裝行為，主要探討溶液的酸鹼性(酸性及中性)、表面電位、以及烷基胺分子(R-NH2)的碳鏈長度對於烷基胺在金表面上的吸附行為及其吸附薄膜特性的影響。 實驗結果發現，於酸性溶液(HClO4)中，胺分子會質子化為R-NH3+，在溶液中有良好的溶解度。此質子化的R-NH3+在開路電位或負電位下，都無法與金表面進行化學吸附。但若將電極電位先控制在負偏壓(-0 9V)，再緩慢的調升電位，在電位升至0 2V時，可觀察到碳氮鍵(-CN)的吸收峰，表示質子化的烷胺分子與金表面進行化學吸附，轉化為烷基胺分子(R-NH2)。此轉化過程約需30至40分鐘，但此一鍵結形成後，就很穩定，即使將電極電位再調回負偏壓，亦可穩定存在。不同鏈長的胺分子都有類似的吸附行為。 於中性系統中，胺分子會以質子化(R-NH3+)及非質子化(R-NH2)的形式存在，其吸附行為會受到碳鏈長度及表面電位的影響。在開路電位下，六碳胺及十二碳胺分子皆可在金表面上進行吸附，主要是非質子化(R-NH2)與表面的反應。但在正、負偏壓下，兩者有不同之表現。對六碳胺而言，非質子化分子(R-NH2)的濃度高，是控制表面反應的主要成份，因此，胺分子的吸附量會隨電位增加而變大。相反的，因十二胺(C12-NH2)在中性溶液中的溶解度低，十二碳胺系統的吸附行為主要受質子化的C12-NH3+分子所控制。不論是在負或正偏壓下，C12-NH3+分子都會在表面進行物理性吸附，形成一結構障礙層，阻撓C12-NH2分子與表面的反應。胺分子在中性溶液下改變電位的吸附行為，與其在酸性系統中的結果類似。R-NH3+會在負偏壓下先吸附於表面，隨著電位調升，R-NH3+會與表面進行化學鍵結。

Date of Award	2016 Aug 16
Original language	Chinese
Supervisor	Yuh-Lang Lee (Supervisor)