SnO2@TiO2纳米粒子的光催化性能

以纳米SnO2·nH2O胶体粒子为基质,采用活性层包覆法制备出复合光催化剂SnO2@TiO2.用其对有机磷农药DDVP的稀释液进行降解,并用SEM、TEM、XRD、BET和XPS等手段进行了表征.结果表明:SnO2@TiO2粒径在12nm左右,比表面积为72.27m2g,由锐钛型TiO2与金红石型SnO2组成,光催化活性明显优于单一的SnO2、TiO2.其最佳用量为3.0gL,并且可重复使用.添加剂H2O2、Fe3+的最佳浓度分别为1.65mmolL和0.5mmolL.

绿光发射的单胶束SiO_(2)纳米粒子的构筑及其Fe^(3+)的荧光传感性能研究

以非离子嵌段共聚物P123为软模板,以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源前驱体,利用异硫氰基荧光素与3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)反应,生成功能化发射绿光的硅烷偶联剂,采用共沉淀法制备了尺寸超小的(10~12 nm)荧光素修饰的单胶束纳米粒子。通过TEM,FTIR和UV光谱分别表征了粒子的形貌和表面荧光素基团接枝情况。利用DLS和Zeta电位测试表征了粒子的单分散性和表面电性。采用稳态荧光光谱进行表征,结果表明,该纳米粒子的荧光发光带约为500 nm,用荧光素修饰的单胶束纳米粒子对水溶液中的Fe^(3+)进行检测,结果表明,当水溶液中c(Fe^(3+))=1×10^(-5)mol/L时,绿光发射的单胶束荧光纳米粒子的发光强度淬灭为原有强度的10.1%。因此,该粒子不仅具有良好的发光稳定性、水溶性,还具有优异的Fe^(3+)检测能力,在水溶液中Fe^(3+)的检测与识别方面有着良好的应用前景。

构筑Bi纳米粒子负载BiOCl纳米片欧姆结用于光催化CO_(2)还原

煤炭、石油和天然气等能源的不断增长消耗,不仅导致不可再生能源逐渐枯竭,还使大气中的CO_(2)浓度显著上升,引发严重的能源危机和气候问题。因此,我们必须开发清洁、可持续的能源转换技术,以应对不断增长的能源需求和日益严重的环境危机。受到自然界光合作用的启发,光催化CO_(2)转化利用太阳能驱动,可以将CO_(2)和水转化为高附加值的化学品。经过多年的发展,人工光合作用已被认为是一种绿色、经济、可持续的方法,有望助力实现国家的碳中和发展目标。然而,现有的光催化剂存在着载流子分离效率低和活性位点不足的问题,从而导致CO_(2)光还原效率较低。为了应对这些科学问题,研究人员发现将金属纳米粒子负载到半导体材料上形成欧姆结,可以产生内建电场,有助于光生电子和空穴的分离。因此,本研究通过溶剂热法在BiOCl纳米片表面负载Bi纳米粒子,构建了Bi/BiOCl欧姆结光催化剂。通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和透射电子显微镜(TEM)分析了光催化剂的成分和微观结构。利用紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)研究了催化剂的光吸收性能。通过瞬态光电流响应测试、电化学阻抗谱(EIS)和电子自旋共振谱(ESR)研究了光生电子和空穴的分离能力。由于Bi纳米粒子与BiOCl的功函数不同,二者形成的欧姆结具有优异的电荷转移特性,可以显著提高光生载流子的利用效率。此外,Bi纳米粒子还可以作为助催化剂,促进惰性CO_(2)分子的活化。光催化测试结果显示,经过300 W氙灯照射4 h后,具有最佳活性的复合材料(Bi/BiOCl-2)将CO_(2)还原为CO(34.31μmol·g^(-1))和CH_(4)(1.57μmol·g^(-1))的速率分别是BiOCl纳米片的2.55倍和4.76倍。同位素示踪实验证实,产物是CO_(2)和水分子经过光催化反应得到的。此外,根据原位傅里叶变换红外光谱(in situ FTIR)结果,发现在CO_(2)还原过程中形成了^(*)CHO、^(*)CH_(3)O、b-CO_(3)^(2-)、m-CO_(3)^(2-)、HCO_(3)^(-)、HCOOH、^(*)COOH和HCOO^(-)等中间体,并进一步提出了可能的光催化CO_(2)还原机制。经过25 h的CO_(2)光还,原反应后,CO和CH_(4)产量持续增加,同时结合XRD、XPS和TEM结果表明,制备的Bi/BiOCl-2材料具有良好的结构稳定性。这项研究为高效CO_(2)光还原催化剂的构建提供了有益的参考。

水热法合成TiO_(2)纳米粒子及可见光条件下降解亚甲基蓝

采用水热法制备二氧化钛(TiO_(2))纳米粒子并用于对亚甲基蓝的光催化降解,通过环境扫描电镜(ESEM)、透射电镜(TEM)、X-射线能谱仪(EDAX)、X-射线衍射仪(XRD),分别进行产物形貌表征、成分和晶型分析,并讨论可见光区域里不同光催化条件对亚甲基蓝的降解率的影响。结果表明:产物属于锐钛矿型TiO_(2),在(λ≥460nm)可见光区域里,光催化最优化实验条件为:亚甲基蓝浓度为20μg/mL,光照时间为60min,光催化剂用量为0.5 g,可达到最大降解率为57.35%。这为进一步发展TiO_(2)基复合光催化剂提供了基础数据。

CO_(2)响应磁性纳米粒子对阴离子染料可逆吸附

通过在磁性四氧化三铁(Fe_(3)O_(4))纳米粒子表面包覆一层二氧化硅(SiO_(2)),然后通过聚合的方法在SiO_(2)表面聚合甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯(DEA),得到CO_(2)响应型磁性纳米粒子(Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)@PDEA).采用红外光谱仪(IR)对其组成进行了表征,通过透射电子显微镜(TEM)观察了纳米粒子的微观形貌,并将纳米粒子应用于染料的吸附.结果表明:Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)@PDEA不仅具有核-壳结构,还在表面形成一层聚合物链.纳米粒子还表现出磁响应性和CO_(2)刺激的可逆分散性.在CO_(2)的刺激下,纳米粒子能够快速吸附阴离子型染料皂黄(MY)、诱惑红(ARAC)、新胭脂红(NC),其中对MY最大吸附量高达595 mg/g.此外,通过染料释放,在CO_(2)刺激下纳米粒子可以多次循环使用.

“新工科”背景下生物制药专业多学科交叉融合的探索研究——以Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)核壳磁性纳米粒子的制备及应用实验为例

“新工科”背景下,多学科交叉融合已成为生物制药专业教学育人的新方式,对培养“明德求真,弘药济世”的卓越应用型工程人才具有重要意义。本文将以Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)核壳磁性纳米粒子的制备及应用实验为例,顺应教育部“三全育人”的战略要求,在调动学生科研的积极性和主动性的同时,探索生物制药与有机化学之间的联系,挖掘多学科交叉融合的独特优势,提高学生的科学探究能力和实验操作能力。

Ag/Bi_(2)O_(3)纳米块自供能紫外探测器的制备及性能

为了实现在无外部供能下对紫外光的有效探测,基于Ag修饰的Bi_(2)O_(3)纳米块(Ag/Bi_(2)O_(3))纳米块制备了自供能紫外探测器。通过煅烧法制备Bi_(2)O_(3)纳米块,随后采用室温溶液法在其表面沉积Ag纳米粒子,进而成功制备了Ag/Bi_(2)O_(3)纳米块,且对所制备样品的晶体结构和微观形貌等进行了表征。结果表明,Ag/Bi_(2)O_(3)纳米块的平均尺寸约为1μm,且Ag纳米粒子随机分布在Bi_(2)O_(3)纳米块表面。将涂覆Ag/Bi_(2)O_(3)纳米块的FTO作为工作电极,并进一步构建了自供能紫外探测器。在365 nm的紫外光照射下,Ag/Bi_(2)O_(3)纳米块紫外探测器能在零偏压下实现对紫外光的快速检测,这证实其具有自供能特性。相比于Bi_(2)O_(3)纳米块紫外探测器,Ag/Bi_(2)O_(3)纳米块紫外探测器的光电流得到明显提升,上升和下降时间分别缩短至29.1 ms和40.2 ms,并具有良好的循环稳定性。

基于纳米墨水法制备用于太阳能电池吸收层的CuInS_(x)Se_(2-x)薄膜

以无机盐作为金属源(InCl_(3)、CuCl以及CS_(2)),采用溶剂热法制备CuInS_(2)纳米粒子,进一步采用易热解的铜、铟、硫金属有机前体作为可降解配体成膜交联剂,交联剂包覆铜铟硫纳米粒子得到前驱物墨水,然后通过旋涂法制备CuInS_(2)薄膜,最后对CuInS_(2)薄膜进行硒化,得到的CuInS_(x )Se_(2-x)(CISS)吸光层。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、热重(TG)和霍尔效应测试系统对CISS薄膜的结构和性质进行了研究。结果表明:硒化后的薄膜晶粒尺寸变大,仍为黄铜矿结构。霍尔效应分析表明,所制备的CISS薄膜可用于薄膜太阳能电池的吸收层。

Al_(2)O_(3)/SiO_(2)混合纳米流体微量润滑铣削润滑性能评价

由于不同纳米粒子组成的混合纳米流体比单一纳米粒子切削液具有更好的热物理性能,研究了纯Al_(2)O_(3)、纯SiO_(2)和不同质量比混合纳米流体微量润滑(minimum quantity lubrication,MQL)铣削45号钢的切削性能。试验结果表明,混合纳米流体比纯SiO_(2)铣削力降低,接触角减小,工件微观形貌好。不同配比的混合纳米粒子展现出了不同的润滑效果。当Al_(2)O_(3)的配比小于SiO_(2)时,Al_(2)O_(3)纳米粒子未完全包覆住SiO_(2),润滑效果较差。随着Al_(2)O_(3)比例增加,切削力和接触角都显著减小,工件表面质量提高。当Al_(2)O_(3)和SiO_(2)的质量比为3∶1时,得到的铣削力、表面粗糙度和接触角最小,工件表面质量最好。由此可见,Al_(2)O_(3)的含量影响了混合纳米流体的润滑效果。

TiO_(2)纳米粒子增强超高分子量聚乙烯和高密度聚乙烯复合材料的性能

利用硅烷偶联剂KH570对TiO_(2)纳米粒子进行表面改性,然后制备塑化超高分子量聚乙烯(PE-UHMW)/TiO_(2)复合材料,最后通过密炼-模压法制备不同含量和粒子尺寸的TiO_(2)纳米粒子增强PE-UHMW/高密度聚乙烯(PE-HD)复合材料。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、差示热扫描量热仪、万能试验机、流变仪表征测试复合材料的微观结构、结晶、力学及流变性能。结果表明,低含量的Ti O2纳米粒子(质量分数0.1%)能在聚合物基体中分散良好,使复合材料的力学性能、结晶度及流动性均有显著提升;随粒子尺寸增加,材料强度和刚度降低,断裂伸长率和熔体剪切黏度先增加后降低。然而,高含量粒子分散困难、易形成大的聚集体,导致复合材料性能下降。当TiO_(2)纳米粒子尺寸为5~10 nm、质量分数为0.1%时,复合材料展现出优异的力学性能和加工性能,拉伸强度和拉伸屈服强度分别高达58.21 MPa和44.53 MPa,且熔体剪切黏度下降19.7%。

SnO_2纳米粒子的制备与表面改性

以SnCl4·5H2O和氨水为原料,用水热法制备了粒度均匀的SnO2纳米粒子,并用γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)对其进行了表面改性。用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、纳米粒度/Zeta电位测定和元素分析测试技术对粒子进行了表征。研究结果表明,所制得的SnO2纳米粒子为四方晶系金红石型结构,改性后的纳米粒子均一性进一步提高,粒径分布在8～20 nm,能形成稳定的分散体系。

基于免标记银纳米粒子与硫脲高选择性比色法检测水中Hg^(2+)

运用一步合成免标记的银纳米粒子与硫脲相互作用简单快速比色检测水中Hg^(2+)。结果显示:在酸性环境中,硫脲使无标记的银纳米粒子发生聚集,颜色由原来的黄色变为红棕色;当有Hg^(2+)存在时,由于硫脲与Hg^(2+)强络合作用,起到阻止银纳米粒子聚集的作用;一定范围内Hg^(2+)浓度不断增加,银纳米粒子聚集程度不断减弱,颜色由红棕色向黄色渐变;在0~0.500μmol/L范围内线性良好,r为0.9991,方法检出限为40 nmol/L;8倍于Hg^(2+)浓度的Pb^(2+)、Cd^(2+)等12种金属离子无明显现象。本实验方法用于饮用水、长江水及自来水中Hg^(2+)浓度测定,加标回收率范围为90.0%~110.0%,RSD为4.2%~6.5%。

掺Ni^(2+)金红石型SnO_2纳米粒子的制备及表征

采用化学共沉淀法制备掺Ni2+的SnO2纳米粉体。研究表明,不同pH下得到的样品均为四方相金红石型结构的SnO2,在pH=5时,Ni2+的利用率出现极大值99.97%;升高煅烧温度或延长煅烧时间,样品结晶程度都会随之增高,同时晶粒尺寸也呈现增大的趋势;所得样品呈球形,粒径约为60 nm。将掺Ni2+的SnO2粉体涂于白云母表面制成元件,测试粉体的电性能以及气敏性能,结果表明,在温度由30℃上升到150℃的过程中,元件电阻从33.1 kΩ近似线性地降低到4.8 kΩ;H2体积分数越大,元件对其敏感程度越高。

Au@TiO_2核壳纳米粒子光催化过程的表面增强拉曼光谱研究

利用聚电解质的静电吸附作用(层层组装),在Au纳米粒子表面包裹上不同层数的二氧化钛前驱体二(2-羟基丙酸)二氢氧化铵合钛(TALH),通过退火形成Au@TiO2复合纳米粒子.以苯硫酚(TP)作为探针分子对退火前复合纳米粒子不同壳层厚度的SERS效应进行表征.研究发现,SERS信号强度的变化与壳层厚度密切相关,当Au表面包裹至3层TALH时,信号几乎完全消失.结合紫外照射,利用SERS对亚甲基蓝(MB)在TiO2壳层表面的光催化降解过程进行了研究.结果表明,MB的降解主要经历了从多体及二聚体吸附逐渐向单体吸附方式的转变,然后又经历了一个脱甲基过程.

氮掺杂和SnO_2纳米粒子负载对全固态对称型石墨烯超级电容器性能的影响（英文）

电极材料是影响超级电容器性能的主要因素。本研究采用溶剂热法合成石墨烯和氮掺杂石墨烯,通过简单的化学法在其表面负载SnO2纳米粒子。利用刮涂工艺在FTO玻璃表面制备石墨烯、SnO2/石墨烯、氮掺杂石墨烯和SnO2/氮掺杂石墨烯薄膜,并经400℃热处理。分别以制备的石墨烯基薄膜和PVA/H3PO4为电极和电解质组装对称型全固态超级电容器。测试结果表明,与石墨烯相比,氮掺杂石墨烯具有较大的晶粒尺寸、较高的比表面积和较高的超电容性能;SnO2纳米粒子负载可显著提高石墨烯和氮掺杂石墨烯的超电容性能。

Eu-Ru共掺NiO-SnO_2复合纳米粒子薄膜的阻变特性

通过低温水浴法制备了Eu-Ru共掺杂NiO-SnO_2复合纳米粒子,透射电镜图像显示纳米粒子粒径均匀,选区电子衍射表明结晶性差,所测晶面间距与SnO_2和NiO相应卡片数据一致,水热机理分析表明纳米粒子由NiO-SnO_2微观p-n结组成.原子力显微镜测试薄膜表面平均粗糙度约0.25 nm,由于薄膜太薄及样品结晶性差,XRD分析未见明显衍射峰.电学测试表明纳米粒子薄膜具有可重复双极阻变特性,阈值电压约1 V,开关比约500.薄膜高阻态电学输运符合缺陷俘获载流子所致空间电荷限制导电机制,低阻态呈欧姆特性,故阻变机理应为电荷俘获及再释.

高效CO_2还原至CO催化剂:核/壳结构Cu/SnO_2纳米粒子

2016年我国的CO2排放己达100亿吨／年左右，约占全球的30％，除了减少化石能源的使用和降低碳排放之外，如何有效地将过量排放的CO2还原或转化，实现“碳中性”（carbon neutrality）的生态平衡是人类亟需解决的问题。

SnO_2纳米粒子制备及其应用研究进展

SnO_2纳米粒子作为一种新型宽禁带n型半导体材料,兼具纳米粒子和SnO_2半导体的双重优点,得到广泛应用,但仍有许多因素制约着它的进一步发展。其中,如何制备性能优异的SnO_2纳米粒子成为目前材料研究中的活跃课题之一,具有重要的科学意义。本文介绍了SnO_2纳米粒子的结构和特点,系统综述了SnO_2纳米粒子的物理和化学制备方法;同时总结了SnO_2纳米粒子应用研究进展以及在制备中遇到的团聚问题,并简述了本课题组在SnO_2纳米粒子制备应用中所做的工作。

基于谷胱甘肽刻蚀核壳Au@MnO_(2)纳米粒子比色检测谷胱甘肽

谷胱甘肽(GSH)在控制细胞氧化还原状态中起着至关重要的作用,其在人体内浓度异常与许多疾病密切相关,因此,检测GSH具有重要意义.在磷酸缓冲盐溶液(pH=6.2)中,核壳型Au@MnO_(2)纳米粒子的外壳MnO_(2)被GSH刻蚀,使体系溶液颜色改变(浅绿→浅红),吸光度降低.基于此原理,通过测量Au@MnO_(2)体系的比色信号随GSH浓度的变化,可以实现GSH的检测.在优化的条件下,Au@MnO_(2)传感体系检测GSH的线性范围为2nmol/L~0.1 mmol/L,检出限为1.62 nmol/L(S/N=3).该方法操作简单、灵敏度高、结果可视化,该传感体系对检测GSH具有很好的选择性,并可用于人血清样品中GSH的检测.

电磁效应对含SiO_2/SnO_2复合纳米粒子润滑油的摩擦自修复特性影响

用四球机考察了添加SiO_2/SnO_2复合纳米粒子的润滑油在电磁场作用下的摩擦学和自修复性能,用扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)分析了磨斑表面形貌及其典型元素的化学状态,并对抗磨自修复机理进行了初步探讨。结果表明,在磁场作用下,含SiO_2/SnO_2复合纳米粒子的润滑油润滑下的摩擦副磨斑直径和摩擦系数均比无磁场时小,且自修复效果更加明显。这是由于磁场有利于SiO_2/SnO_2复合纳米添加剂在摩擦副表面沉积,沉积物在摩擦载荷和摩擦热作用下快速熔融铺展,形成具有良好抗磨减摩和修复性能的沉积物膜。