ЭЛЕКТРОХИМИЯ, 2007, том 43, № 12, с. 1510-1512
ХРОНИКА
5-е ВЕСЕННЕЕ СОВЕЩАНИЕ МЕЖДУНАРОДНОГО ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ОБЩЕСТВА (ДУБЛИН, ИРЛАНДИЯ, 1-4 МАЯ 2007 г.)
В славном городе Дублине, Где такие красивые девушки, Я сразу положил глаз На Молли Мэлон...
(Ирландская народная песня -неофициальный гимн г. Дублина)
Совещание было посвящено одной теме: "На-ноструктурные материалы в электрохимии: применение в биологии и молекулярной электронике". Электроактивные наноматериалы демонстрируют широкий спектр каталитических, магнитных, электрических, оптических свойств и реакционной способности, которые можно изменять путем приложения внешнего потенциала. Эта возможность модулировать свойства нанома-териала является ключевой в разработке биосенсоров и устройств молекулярной электроники. Например, новые материалы обеспечили прорыв в создании сверхчувствительных, но в то же время очень избирательных сенсоров для определения биомаркеров различных заболеваний. Реализация работоспособных устройств требует как пространственной организации новых материалов в нанометровом масштабе, так и проведения фундаментальных исследований электрических свойств на уровне отдельных молекул. Совещание было посвящено последним достижениям в получении, определении характеристик и применении наноструктурированных электроактивных материалов в электрохимии.
В совещании приняли участие около 200 специалистов; программа состояла из 39 приглашенных и устных докладов и более чем 150 стендовых, большинство из которых было объединено в три направления.
1. Синтез и основные свойства
наноструктурных материалов
Р.М. Крукс (R.M. Crooks, США) в приглашенном докладе описал процесс получения Pt-Pd-ка-тализаторов в форме наночастиц (состоящих из ~180 атомов), заключенных в оболочку из по-ли(амидоамино)-дендримеров. Этот процесс состоит из двух ступеней и позволяет контролировать состав и размеры получаемых частиц. При содержании Pt в 30—300 раз меньше, чем в тради-
ционных катализаторах электровосстановления 02, каталитическая активность полученных материалов в 2.5 раза превосходит активность металлической платины. Оптимальное соотношение Pt/Pd в частицах катализатора составляет ~5.
Каталитическую активность платины можно усилить, создавая на поверхности электрода шероховатость наноразмерного масштаба. Ч. Вей (X. Wei, Швейцария) разработал довольно сложный четырехступенчатый процесс создания поверхностной морфологии Pt типа "перьев". Полученный электрод в 10 раз активнее, например, в процессе "субпотенциального" осаждения меди, чем гладкая платина.
В докладе Дж. Бреннан (J.L. Brennan, Ирландия) представлен иной способ нанесения наночастиц на поверхность стеклоуглеродного электрода: наночастицы Au диаметром 1.6 нм включены в композитные пленки на основе металлополиме-ра Ru-поливинилпиридина. Такие электроды были использованы для электрохемилюминесцент-ного анализа ДНК.
Еще один метод создания ансамблей наночастиц на электродах представлен Р. Бароном (R. Baron, Великобритания). Наночастицами Au, Pd или Ag были "декорированы" стеклоуглерод-ные микросферы, иммобилизованные на поверхности пирографита. Такие ансамбли позволяют проводить аналитическое определение гидразина или ионов Br- (наименьшая определяемая концентрация 2 мкМ).
Двумерные ансамбли "квантовых точек" - наночастиц полупроводниковых соединений II-VI групп - описала Г. Кисслинг (G. Kissling, Швейцария). Наночастицы CdTe и CdSe удерживаются на золотой подложке монослоем 11-меркаптоундека-новой кислоты и ультратонким слоем поли^-ли-зина. Энергетическая диаграмма такой границы раздела полупроводник/раствор была построена с использованием известных электрохимических
1510
5-Е ВЕСЕННЕЕ СОВЕЩАНИЕ
1511
свойств макроскопического кристалла CdTe. Квантовые точки интенсифицируют электронный перенос на границе раздела, который был проанализирован с использованием вращающегося дискового электрода (в рамках подхода Коутец-кого-Левича). Дальнейшие детали работы были представлены в стендовом докладе X. Бюнцли (Ch. Bunzli, Швейцария).
Отдельный путь создания поверхностных наноструктур - это нанолитография и "темплат-ная" (т.е. с использованием шаблонов) технология. Обзорный приглашенный доклад Р. Нуццо (R.G. Nuzzo, США) был посвящен литографическим методам приготовления твердофазных, но механически гибких кремниевых интегральных схем и солнечных батарей, а также ансамблей микрозондов (диаметром 120-150 мкм) на поверхности электродов для электрохимического анализа биологически-активных молекул (ней-ропептидов, ДНК).
В качестве шаблонов Д. Шварц (D.T. Schwartz, США) использовал регулярную структуру из кристаллических протеинов, сквозь которую на подложку осаждали Cu2O. Шаблон имел период 18 нм и толщину 6.5 нм. Этот метод пригоден и для создания твердофазных интегральных схем, применяемых в микроэлектронике. Аналогичный метод использовал М. Этьен (M. Etienne, Франция) для осаждения мезопористой пленки SiO2, структура которой, а также число и размер пор контролировались с помощью органических молекул-шаблонов (бромистый цетилтриметиламмоний и др.). Такая пленка весьма пригодна для аналитического определения тяжелых металлов.
Осаждению наночастиц MnO2, Ni и Au и исследованию свойств получаемых электродов были посвящены доклады Д. Баттри (D.A. Buttry, США), Л. Дуррера (L. Durrer, Швейцария) и К. Таммеревски (K. Tammerevski, Эстония).
Каталитический эффект весьма чувствителен к размеру наночастиц. Е.-П. Сачслэнд (J.-P. Suchsland, Великобритания) на примере окисления CO на электродах с Au-наночастицами на ТЮ2-под-ложке показал, что существует оптимальный размер частиц катализатора.
Как видно из представленного краткого обзора, методы создания ансамблей, нанокомпозитов и систем наночастиц на электродных поверхностях весьма разнообразны.
2. Применение в биологии
Сразу три из перечисленных в предыдущем разделе методов - создание поверхностной шероховатости, осаждение коллоидных (Ag, Au) частиц и темплатное электроосаждение металлов совместно с полистирольными наносферами - использовал Ф. Бартлетт (Ph.N. Bartlett, Великобри-
тания; приглашенный доклад) при разработке электроаналитических сенсоров биологически-активных веществ (олигонуклеотидов, флавинов и др.). Основным методом исследования послужила усиленная поверхностью рамановская спектроскопия (SERS). Наиболее воспроизводимые результаты получены при использовании темплатного осаждения. Исследовано влияние диаметра темплат-ных сфер и толщины осажденной пленки на интенсивность SERS. В постере С. Синтры (S. Sin-tra, Великобритания) метод SERS был применен для изучения адсорбции CO на Pt и Pd.
Дж. Када (G. Kada, США) использовал сочетание методов атомно-силового микроскопа и сканирующего электрохимического микроскопа в своих исследованиях топографии нанострукту-рированных поверхностей. С помощью острия микроскопа изучены живые (эпителиальные) клетки на таких поверхностях. На совещании, как обычно, работала выставка научного оборудования, и на ней был представлен прибор (Agilent), специально разработанный для подобных исследований.
Подобно упомянутым в предыдущем разделе полупроводниковым наноточкам, для изучения электрохимических процессов могут быть использованы нанопроволоки на поверхности электрода. Ч.-П. Чен (C.-P. Chen, Тайвань) описал электрод с нанопроволоками из полупроводникового соединения III-V групп GaN в качестве основы электрохимического сенсора, позволяющего определять ДНК в концентрации до 10-12 М.
Отметим еще работу Ю. Ришпон (J. Rishpon, Израиль), в которой на поверхности Si методом фотолитографии был создан ансамбль электрохимических ячеек размером 100 нм с рабочим и вспомогательным Ag-электродами и AgCl-элек-тродом сравнения.
3. Применение в молекулярной электронике
В весьма интересном приглашенном докладе Е. Ульструпа (J. Ulstrup, Дания) было рассмотрено поведение отдельной молекулы, которая демонстрирует своего рода "транзисторные" свойства. Объектом служила молекула фуллерена С60, для которой истоком и стоком являлись, соответственно, поверхность электрода и острие сканирующего туннельного микроскопа, а затвором - электрод сравнения; другие примеры - молекулы тиолов, белков, ДНК и др. Формально наблюдается характерный для твердофазной электроники эффект усиления тока туннелирования в зависимости от изменения электрических переменных (перенапряжения и напряжения смещения) в системе.
К. Амато (C. Amato, Франция) реализовал систему "молекула между двумя металлами" путем
1512
ПЛЕСКОВ
функционализации золотого электрода самоорганизованным монослоем фторированных дитио-лов, поверх которого был осажден слой Ag, и исследовал ее характеристики с помощью набора электрохимических и спектроскопических методов "in situ" и "ex situ".
Рассмотрение работ, посвященных свойствам отдельных молекул, можно завершить докладом X. ван Цалинге (H. van Zalinge, Великобритания) о влиянии материала электрода-подложки на "проводимость" адсорбированных молекул 1, 4-бензол-дигексантиола.
Т. Кавамото (T. Kawamoto, Япония) представил исследование электрохромизма смеси нано-частиц Прусской сини и её аналогов в зависимости от приложенного потенциала. Это явление может быть использовано для цветной печати.
Из стендовых докладов можно упомянуть работы Р. Бочетты (P. Boccetta, Италия) об оксидных и гидроксидных наноструктурах, включенных в А1203-мембрану; Э. Луста (E. Lust, Эстония) о поведении биологически активных молекул на гранях монокристалла висмута; Е.А. Нижниковского (Россия) о графитовом электроде, модифицированном оксидными наноструктурами; Ю.В. Плескова (Россия) об электродном поведении азотированного на-нокристаллического алмаза.
В целом, совещание продемонстрировало плодотворность сочетания современных технологий получения электродных наноструктур с электрохимическими методами изучения и модельного описания их электродного поведения.
Ю.В. Плесков
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.