微電極是用于量化水系統中微觀尺度界面反應的強大且非破壞性工具。它們提供了本體溶液測量無法獲得的信息。其小尺寸尖端以及以高時空分辨率測量化合物的能力，對于確定目標化學物質的（隨時間變化的）傳質過程至關重要，而這正是理解許多工程系統所必需的。本論文中展示的工作證明了微電極在數個環境工程研究領域中的獨特貢獻。

首先，我們證明了微電極可用于表征在新型微藻處理系統中生長的混合生物膜，其中使用溶解氧微電極來量化位于硝化生物膜上方的藻類生物膜所提供的光合曝氣。氨微剖面也表明，在生物膜上層沒有氨的消耗，這表明上層生物膜的藻類部分并不消耗氨。因此，藻類生物膜在MAIFAS反應器中的作用主要是輔助光合增氧。總體而言，這項研究證明了微藻光合作用可作為為高級廢水處理提供充足氧氣的一種方式（在MAIFAS反應器中實現>99%的氨和51%的磷去除），并代表了一種在滿足嚴格出水標準的同時降低能源成本的新策略。

其次，我們將pH、溶解氧和氧化還原電位微電極應用于艙底水乳化液，以證明傳質與乳化液隨時間變化的穩定性之間的關系。對乳化液進行的微電極表征被證明是一種用于原位監測跨越油水界面傳質的有用工具，因此當與表面張力和粒度分析相結合時，可作為馬蘭戈尼穩定性的極佳預測指標。研究表明，通常由非離子表面活性劑穩定的乳化液比由SDS穩定的乳化液更不穩定。然而，SDS乳化液比Triton X-100乳化液對鹽度更敏感。此外，鹽度對SDS乳化液中傳質的影響比對Triton X-100乳化液更大。這使我們相信，與Triton X-100乳化液相比，馬蘭戈尼不穩定性對艙底水中的SDS乳化液有更顯著的影響。這種多尺度的乳化液表征方法被證明有利于更好地理解乳化液的穩定性。通過結合創新的乳化液表征方法（例如CLSM和微電極），結果使人們更好地理解了表面活性劑類型和鹽度對乳化液形成和穩定性的影響，從而有助于更好地管理船舶應用中的艙底水。

第三，我們討論了使用微電極表征一種新型光催化劑。結果表明，MoS2的耗氧速率與ROS產率（使用XTT法測量）呈線性關系。因此，微電極是表征光催化劑的有用工具，可以在幾分鐘內而非數天內評估光催化劑的性能。利用微電極技術，我們發現MoS2樣品的ROS產率并不均勻，并且不同樣品之間的活性表面積可能存在差異。我們還發現，與摻雜Au或Cu的MoS2或單獨的MoS2相比，摻雜Au/Pd和Pt的MoS2在ROS產率方面表現出顯著提高。總體而言，我們能夠證明具有垂直排列二維層的MoS2薄膜表現出優異的可見光響應光催化活性，可有效降解污染水中的有機化合物，如有害藻華。我們還展示了可見光驅動下對微囊藻毒素-LR（藻華產生的最具毒性的化合物之一）的快速降解，并揭示通過摻入貴金屬可以顯著提高降解效率。這項研究展示了這些新興二維材料在水處理方面的巨大潛力，顯著拓寬了其在廣泛能源和環境應用中的多功能性。

開發用于植物中Zn2+原位監測的微電極。我們開發并表征了一種固態接觸式微型離子選擇電極，用于通過非侵入性微電極離子流估計技術測定酸橙幼苗中的鋅運輸。該SC-μ-ISE顯示出26.05 ± 0.13 mV/十倍濃度的能斯特響應，檢測限為(3.96 ± 2.09) ×10?? M。結果表明，當本體濃度高于5.99 mM時，酸橙幼苗的葉片和根部存在顯著的Zn2+吸收。高于此濃度時，觀察到通量與本體Zn2+濃度之間的線性關系。這種關系表明被動擴散可能是Zn2+轉運進入植物的一個關鍵機制。然后，我們將方波陽極溶出伏安法微型化到一個微電極平臺上，用于測量柑橘植物維管束內的Zn2+。我們的結果表明，Bi/Pt微電極的固體金屬尖端（直徑110 μm）足夠堅固，能夠穿透柑橘葉片的厚表皮，并且所開發的Bi/Pt微電極能夠對柑橘葉片中脈中的Zn2+產生響應，并能以高分辨率區分經Zn2+處理和未處理樣品之間的Zn2+濃度。研究發現，可以通過優化尖端尺寸來減少傳質限制并改善檢測限。這些新穎工具可用于進一步了解營養療法和疾病進程對感染HLB的柑橘植物的影響。

更廣泛的影響與展望

總體而言，本論文所展示的研究證明了理解傳質在環境工程中的重要性，以及微電極在擴展我們目前對自然和工程系統中機制與關鍵因素理解方面的實用性。

這項研究的影響超越了多個學科領域。在廢水處理工程領域，微電極的應用有助于增進我們對藻類-細菌生物膜相互作用的理解，這可能在未來帶來更可持續的廢水處理方案。在乳化液化學領域，獲得的關于傳質如何影響乳化液穩定性的信息，不僅有助于從科學上加深對乳化液穩定性的理解，也可能促進含油廢水處理的改進。在材料科學領域，對光催化劑的微電極表征使得能夠快速測定活性氧的產生，并可能改變光催化劑的研究方式。最后，在農業領域，所開發的Zn2+微電極首次證明了柑橘植物中鋅的葉面吸收速率，而SWASV傳感器則顯示了鋅在植物維管束中的運輸。這項工作有朝一日可能為感染HLB的柑橘樹帶來改進的治療方案。

未來的研究可以進一步發展藻類生物膜模型，以便在光合曝氣和高級營養物去除方面進行放大。對光催化系統中氧傳質的進一步研究，結合材料的發展，也可以改進高級氧化工藝。最后，可以將在柑橘植物中使用微電極的研究擴展到微電極尚未得到重視的植物和農業研究領域。