纳米多孔金应用于葡萄糖氧化和4-硝基酚检测的电化学研究

纳米多孔金在电化学传感器制备中具有广泛的应用前景。基于此,文章针对纳米多孔金的电催化活性及其在电化学传感器方面的应用情况开展实验分析。结果显示,纳米多孔金在电化学传感器制备和应用方面具有良好的应用效果和应用前景。

基于多孔金@铂纳米酶的比色型生物传感器用于检测牛乳中鼠伤寒沙门氏菌研究

建立了一种快速、灵敏检测牛乳中鼠伤寒沙门氏菌ATCC 14028(Salmonella typhimurium,S. typhimurium)的方法。利用鼠伤寒沙门氏菌多克隆抗体(Anti-S. typhimurium-pAb)修饰磁珠(Magnetic nanoparticles, MNPs)形成免疫磁珠(MNPs@pAb),鼠伤寒沙门氏菌单克隆抗体(Anti-S. typhimurium-mAb)标记多孔金@铂纳米酶(gold@platinum nanocatalysts,Au@PtNCs)形成具有催化性能的免疫探针Au@PtNCs@mAb,与鼠伤寒沙门氏菌最终反应形成MNPs@pAb-S. typhimurium-Au@PtNCs@mAb复合物后磁分离富集,在过氧化氢存在下可催化显色底物3,3’,5,5’-四甲基联苯胺(H2O2-TMB)生成蓝色物质,并在652 nm处产生较强的特征吸收峰。在最佳条件下,最低检测限为81 CFU/mL,线性范围为97~9.7×10^(5) CFU/mL,实际牛乳样本加标实验中加标回收率为96.75%~101.75%,变异系数(CV)为1.10%~5.13%。该方法建立的比色型生物传感器具有简单、快速、灵敏等特性,可用于检测乳品中的鼠伤寒沙门氏菌。

基于中空多孔金纳米/石墨烯复合纳米材料的葡萄糖氧化酶直接电化学及其生物传感研究

采用溶液相牺牲模板法制备中空多孔金纳米粒子(HPAuNPs),并将该材料与还原氧化石墨烯(rGO)复合,用于葡萄糖氧化酶(GOx)在玻碳电极(GCE)表面的有效固定,构建GOx/HPAuNPs/rGO/GCE传感界面。利用扫描和透射电镜、X射线光电子能谱、X射线衍射谱、红外光谱及电化学等方法对材料的形貌与结构,GOx的固定化过程,以及传感器的直接电化学和电催化性能进行表征。结果表明,HPAuNPs和rGO的协同作用能有效促进GOx与电极之间的直接电子转移(DET)。基于GOx/HPAuNPs/rGO/GCE对葡萄糖的良好电催化性能,该方法有效实现了对葡萄糖的高灵敏度检测,其电流响应的线性范围为0.05~7.0 mmol/L,检出限(S/N=3)为16μmol/L。该传感器具有良好的选择性、重现性及稳定性,对实际样品血清中血糖的测定结果令人满意,回收率为98.0%~103%,相对标准偏差不大于5.0%。

基于纳米复合物修饰的纳米多孔金电化学传感器对大米中镉含量的检测

本文制备了功能化氧化石墨烯/壳聚糖/离子液体纳米复合物修饰的纳米多孔金电极(fGO/CS/IL/NPG/GCE),并运用于大米中Cd2+的检测。通过阳极溶出伏安法(Anodic Stripping Voltammetry,ASV),优化了Cd2+的检测条件,确定最佳的检测条件为功能化氧化石墨烯/壳聚糖/离子液体纳米复合物(fGO/CS/IL)滴加量为5μL,富集电位为-0.8 V,富集时间为100 s,缓冲液为pH=4的醋酸盐缓冲液(ABS)。在最佳检测条件下,结果表明,在100 nmol/L~1000μmol/L浓度范围内,Cd2+的溶出峰电流与浓度具有良好的线性关系,曲线方程为:Current(μA)=2.296 C2+Cd+2.225(R2=0.990),最低检测限为100 nmol/L,电极具有良好的重复性和稳定性。

原位透射电镜在纳米多孔金原子尺度变形研究中的应用

纳米多孔金(NPG)具有高曲率、高比表面积的结构特征,且比强度较高,作为一种结构功能一体化材料受到广泛关注。然而,影响NPG实际应用的最大障碍之一是其在拉伸作用下内部单根韧带失效导致的塑性失稳。过去的研究主要集中在宏观力学实验的研究,无法直接观察单根韧带的塑性变形行为。随着原位透射电子显微镜(transmission electron microscopy,TEM)的发展,已具备从原子尺度研究NPG中单根韧带塑性变形过程的能力,这对理解NPG变形机理进而合理设计制备高塑性纳米多孔结构金属具有重要意义。本文主要以近几年利用球差校正透射电子显微镜(Cs⁃corrected TEM)原位原子尺度研究NPG塑性变形的系列工作为例,简要综述了NPG单根韧带在塑性变形过程中位错运动(攀移和滑移)和表面原子扩散行为的最新进展,并对纳米结构金属材料的未来研究进行了展望。

纳米多孔金薄膜的表面等离子体共振传感特性

对淀积在玻璃衬底上厚度约60nm的金银合金溅射薄膜进行硝酸腐蚀脱银处理,得到纳米多孔金薄膜.利用自建的波长检测型表面等离子体共振(SPR)传感装置研究了腐蚀时间对纳米多孔金薄膜SPR特性的影响,结果发现纳米多孔金薄膜与水溶液接触后在400-900nm光谱范围内不具有SPR效应,而当薄膜置于空气中时会产生明显的传播等离子体共振吸收峰,其共振波长随腐蚀时间增加逐渐红移.纳米多孔金薄膜在空气气氛中的SPR效应使其能够用于原位监测气相分子在孔内的吸附,还可对在液相中吸附的生化分子进行离位测试.本文对L-谷胱甘肽、L-半胱氨酸、2-氨基乙硫醇三种含巯基的生化小分子在纳米多孔金薄膜内的吸附进行了离位分析,结果表明与传统的致密金薄膜SPR芯片比较,纳米多孔金薄膜对这些分子显示出更高的灵敏度和更低的检测下限,这归功于多孔金的大比表面积使其能够吸附大量的生化小分子.实验还对乙醇蒸气在纳米多孔金薄膜内的吸附进行了原位监测,发现吸附平衡所用时间较长,约为160min.

退火温度对纳米多孔金微米线热导率的影响(英文)

采用T形探针法测量了纳米多孔金微米线的热导率.实验结果表明,热导率随着退火温度的升高而减小.如果只考虑孔隙率及金孔壁宽度的影响,根据已有模型计算得到的热导率将大于实验结果.纳米多孔金结构的形态学分析显示,随着退火温度的升高,纳米多孔金的孔壁宽度增大,从而可能导致孔壁内部的拉应力增加.内部拉应力将引入纳米结构缺陷,进而使得电子与缺陷之间的散射增强,最终降低了纳米多孔材料的热导率.

纳米多孔金薄膜显微结构分析

采用亚硫酸金钠为主盐,在阳极氧化铝模板上进行了化学镀和电镀金实验研究。通过扫描电子显微镜和X射线衍射分析测试表明:采用以上两种方法均能制备出纳米多孔金薄膜。两种方法制备的多孔金薄膜微观结构存在较大的差异。化学镀制备的多孔金薄膜微观上是枝晶状的,电镀制备的多孔金薄膜微观上由纳米线构成。

复合造孔技术制备超低密度多孔金块材

以超细球形Al粉为模板,通过化学镀在其表面包覆镀Au,制备出Al/Au核壳结构的复合粉末,利用放电等离子烧结(SPS)技术使镀Au层与基体铝粉表层实现合金化,并制备出具有Al/Al-Au合金核壳结构的前驱体块材,随后采用两步法腐蚀除去核壳结构中的Al核并在其表层实现选择性地除去Al-Au合金层中Al的去合金化反应,得到多孔金块材。利用XRD、SEM、EDS研究了镀覆工艺对Al粉模板表面镀Au效果的影响及烧结、腐蚀过程中物相及化学成分的变化规律。结果表明,活化处理和还原剂种类对Al粉表面的镀覆效果有重要影响,制备的块体多孔金由纳米级孔径(80～120nm)和微米级孔径(1～10μm)两级孔径结构构成,微观组织结构均匀,密度低达0.39g/cm3,孔隙率为98%。

纳米多孔金薄膜的电催化氧化水合肼性能研究

通过脱合金方法对金银合金薄膜进行选择性腐蚀得到了具有三维双连通结构的纳米多孔金(NPG)。将NPG作为三电极测试体系中的工作电极,利用循环伏安法表征了其在碱性条件下对10 mmol/L的水合肼溶液的电催化性能。结果表明,纳米多孔金对水合肼的电催化氧化不仅峰电流强度比纯金电极高一个数量级以上,而且起峰电位很低,表现出很高的电催化氧化性能,这种优越的电催化性能和它的高比表面积以及多孔结构紧密相关。

距离调控纳米多孔金表面增强荧光特性

通过调控纳米多孔金(NPG)基底与荧光分子之间的距离,系统研究了其表面增强荧光特性.利用物理气相沉积方法在NPG表面沉积二氧化硅薄膜,通过调整二氧化硅的厚度来控制NPG与荧光分子之间的距离,系统研究了NPG孔径尺寸以及与荧光分子之间距离对其表面增强荧光(SEF)特性的影响.由于多孔金具有纳米级多孔结构,其表面等离子体能够通过分子附近局域电场的增强使分子的激发光场得到增强,从而提高分子的激发强度和效率;当荧光分子与多孔金表面存在一定距离时,通过与光子之间的共振耦合作用,表面等离子体能够增强多孔金周围电磁场,实现荧光增强.通过研究发现,NPG孔径为36nm、表面二氧化硅厚度为20nm时,表面组装的罗丹明6G荧光分子的荧光强度得到最大增强.

Cu-Au-Ag三元去合金化制备纳米多孔金材料

采用磁控溅射镀铜金银多层膜,经过长时间高温热处理合金化制备前驱体三元合金,以不同的酸溶液自由腐蚀去合金化去除合金中的铜元素和银元素,成功制备出纳米多孔金薄膜。采用扫描电镜和X射线能谱仪对去合金腐蚀前后样品的形貌和成分进行了分析。结果表明,400℃,36h热处理后铜金银多层膜完全合金化,获得了Au_3Ag_(28.5)Cu_(68.5)合金材料;FeCl_3+HCl溶液自由腐蚀去除铜可获得连续均匀的纳米尺寸孔隙结构,获得了几乎不含铜的样品;采用渐进浓度的硝酸自由腐蚀去合金化后去除银后获得了孔隙率约84%的纳米多孔金薄膜,其微观结构为连续的三维多孔结构,其系带尺寸10~35nm,并且20~25nm的系带分布达77%。

高效铂-纳米多孔金催化剂的设计和制备

使用去合金法制备了孔径和孔壁均匀的纳米多孔金(NPG)电极.研究发现NPG对甲酸、甲醛的氧化具有很高的电催化活性.如在NPG基体再沉积微量的铂,不仅明显改善了NPG的结构稳定性,而且由于Pt、Au两组分之间的协同效应而使该催化剂对有机小分子的电催化氧化具有比纯铂更高的催化活性和更强的抗催化毒物能力.

自支撑纳米多孔金薄膜制备研究

采用磁控溅射镀金银膜,长时间热处理合金化制备前驱体合金,以渐进浓度的硝酸自由腐蚀去合金化成功制备出具有自支撑结构的纳米多孔金薄膜。采用扫描电镜和X射线能谱仪对去合金腐蚀前后样品的形貌和成分进行了分析,结果表明：400℃,36h的热处理使得薄膜样品完全合金化,获得了结晶致密的Au42Ag58合金膜;渐进浓度的自由腐蚀避免了薄膜的完全开裂,获得了样品尺寸大于15mm×15mm、厚度400~500nm、孔隙率约56%、具有自支撑结构的纳米多孔金薄膜,其微观结构为连续的三维多孔结构,系带尺寸40~140nm,80~100nm的系带达58%。

纳米多孔金薄膜及其微电极结构的制备

结合磁控溅射、lift-off工艺和脱合金法制备了纳米多孔金薄膜及其微电极结构。首先利用磁控溅射法和lift-off技术制备了金银合金叉指型微薄膜电极结构,然后采用浓硝酸通过脱合金方法进一步制备出纳米多孔金薄膜微电极结构。本文系统研究了腐蚀时间对磁控溅射金银合金薄膜去合金化所制备的纳米多孔金薄膜形貌、组分和结构的影响。利用X射线衍射、场发射扫描电子显微镜和透射电子显微镜表征了纳米多孔金薄膜微电极的结构和形貌。结果表明纳米多孔金主要呈现(111)晶面,且脱合金时间对纳米多孔结构形成与演化有明显的影响。随着腐蚀时间增加,纳米多孔金薄膜孔隙度增加,金韧带分布更加均匀,逐渐形成均匀的具有高表面积的开放式多孔结构。

电化学原位合成纳米多孔金用于乙醇传感器

利用化学方法在金电极的表面原位合成纳米多孔金,将乙醇脱氢酶固定在电极表面制成乙醇传感器。讨论了Nafion膜、扫描速度以及体系p H的影响。

新型多孔金膜的电化学制备及其在砷检测中的应用

以PB为模板,在玻碳电极上层层电沉积普鲁士蓝（PB）-金复合物,制备了多孔金膜（AuPB）修饰电极.用电化学和扫描电子显微镜对该多孔金膜修饰的电极进行表征,结果表明该膜具有高表面积和粗糙度.并将其应用于高灵敏三价砷的电化学检测.在最优条件下,电化学线性扫描阳极溶出伏安法（LSASV）响应峰电流与样品中的砷（Ⅲ）在0.075~5μmol/L浓度范围内成线性关系;灵敏度为1.4 k A/mol,检测限（S/N=3）为8.5 nmol/L.该修饰电极对As（Ⅲ）分析具有响应范围宽、灵敏度高、操作简便以及良好稳定性的特点.

基于人工神经网络的纳米多孔金力学性能分析

多孔材料孔径可控、形貌多样,已广泛应用于催化、检测、防护、环保等工业领域。纳米多孔金属(Nano Porous Metals, NPMs)作为多孔材料的一个重要分支,内部具有纳米级三维连通孔洞结构和高比表面积,引起了国内外学术界和工业界广泛的关注。其中,尤为重要的是在许多应用中起着至关重要的作用的力学完整性和可靠性。然而,NPMs制备过程和测量过程的影响因素十分复杂多变,造成试验结果的不稳定,这些因素必然会导致研究过程中的实验数据波动大、结论准确性低、工作量大、时间长、成本高等一系列缺点。为此,人工智能研究方法引入材料科学研究领域日趋广泛,但应用于纳米多孔材料及其力学性能研究几乎未见报道。本文的主要目的是建立神经网络模型,以韧带尺寸和相对密度为输入对纳米多孔金的力学性能进行测试实验。

漆酶在纳米多孔金上的固定化及其酶学性质研究

利用纳米材料为载体对酶等生物大分子进行固定化近年来引起人们的浓厚兴趣.以Au/Ag合金为原料,通过控制浓硝酸的腐蚀时间再辅以退火处理得到了不同孔径的纳米多孔金(NPG),利用扫描电镜(SEM)和N2气体吸附仪对孔性质进行了表征.以NPG为载体,用α-硫辛酸和N-乙基-N'-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺/N-羟基琥珀酰亚胺(EDC/NHS)对金表面进行活化,通过化学共价偶联的方法对产自Trametes versicolor的漆酶进行了固定化.比较了孔径大小对酶固定化量及比活力的影响.发现小孔径更有利于对该漆酶的固定化.与游离酶相比,固定化酶的最适pH没有改变,但最适温度却从原来的40℃升到了60℃.固定化后,漆酶的pH和热稳定性都明显提高了.重复使用8次仍能保持初始活力的65%,且在4℃下保存1个月几乎观察不到酶活力的下降.此外,失活的固定化酶经浓硝酸处理后,NPG载体可重复利用.本结果初步显示出了NPG在生物技术领域中的应用潜力。

一种用于表面等离子体共振传感器的纳米多孔金膜

为了打破传统的表面等离子体共振(SPR)生物传感器灵敏度不高的限制,近年来纳米材料在SPR生物传感器中的运用得到广泛的研究。但是纳米材料的制备一般都比较困难而且费用高昂,这给研究带来了困难。笔者采用化学腐蚀法制备出一种纳米多孔金膜,利用扫描电子显微镜和光谱仪等测试手段对该金膜的结构和光学性质进行了分析,并将该金膜用于SPR生物传感器实验研究。结果表明,与传统的平面金膜相比,该纳米多孔金膜具有独特的局域表面等离子体共振效应。装配有该金膜的SPR生物传感器在对生物试剂的检测中灵敏度有了一定程度的提高,且该金膜的制备方法简单,成本低廉,完全可以替代传统的平面金膜使用。