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。

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.

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。

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%。

淀粉改性二氧化硅纳米粒子在水性涂料中的性能研究

本工作坚持绿色环保的理念,利用淀粉对二氧化硅纳米粒子进行改性,更好地提高了SiO_(2)纳米粒子在水性涂料中的相容性和分散稳定性,同时将其作为纳米填料应用于水性涂料中并对其性能进行测试。在综合考虑节约资源和环境友好后,确定最佳的反应条件为:温度为35℃,淀粉用量为5 g。在最佳反应条件的基础上制备了淀粉改性SiO_(2)纳米粒子,并利用紫外可见漫反射光谱和红外光谱对氢键的形成进行了表征分析。此外,将上述经过预处理的改性纳米粒子应用到水性防腐涂料的制备中并对其性能进行测试,结果表明,当SiO_(2)纳米粒子质量含量为4.5%时,涂层力学性能最佳,环氧/淀粉改性SiO_(2)涂层的电化学交流阻抗测试表明当淀粉改性SiO_(2)纳米粒子质量含量为4.5%时涂层防腐蚀效果较好,涂层在质量分数3.5%NaCl溶液中浸泡7 d时阻抗值仍在2.23×10^(6)Ω·cm^(2)。

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。

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%。

MgGa_(2)O_(4)∶Cr^(3+),Al^(3+)近红外发光长余辉纳米粒子的制备及发光性能研究

利用乙二醇辅助共沉淀法,制备了小尺寸近红外发光Al^(3+)共掺杂镓酸镁(MgGa_(2)O_(4))∶0.3%Cr^(3+)(MGO∶0.3%Cr^(3+),Al^(3+))长余辉发光纳米粒子(PLNP),考察了Al^(3+)掺杂对MGO∶0.3%Cr^(3+)晶体结构和光学性质的影响。研究结果表明,Al^(3+)掺杂对MGO∶0.3%Cr^(3+)的晶体结构无影响,但能提高MGO∶0.3%Cr^(3+)的发光强度。当Al^(3+)掺杂量为0.4%(摩尔分数)时,MGO∶0.3%Cr^(3+),0.4%Al^(3+)(Al^(3+)、Cr^(3+)相对于Ga^(3+)的物质的量比,摩尔分数)PLNP发光强度最强,余辉平均发光寿命从46.98s(MGO∶0.3%Cr^(3+))增大至78.75s(MGO∶0.3%Cr^(3+),0.4%Al^(3+)),平均粒径为(6.53±1.79)nm。本研究为制备小尺寸和高发光强度的PLNP提供了一种有效的方法。此外,高发光强度和长余辉寿命的MGO∶0.3%Cr^(3+),0.4%Al^(3+) PLNP为光学传感、成像和治疗等提供了材料支撑。

TiO_2纳米管负载Ag、Au、Pt纳米粒子的微波合成与表征

TiO2 nanotubes were prepared under normal pressure at a temperature of 120 ℃. Ag, Au, Pt nanoparticles supported on TiO2 nanotubes were prepared by m icrowave assisted heating polyol process. TEM images showed that microwave prepa red Ag, Au, Pt nanoparticles supported on TiO2 nanotubes were small and well dis persed on the surface of the TiO2 nanotubes. UV-Vis absorption spectra showed th at the absorbance of Ag/TiO2 nanotubes and Au/TiO2 nanotubes in the visible ligh t range increased greatly compared to the single titania nanotubes.

ZnO和TiO_2纳米粒子的光致发光性能及其与光催化活性的关系

采用沉淀法和溶胶 -凝胶法制备了 Zn O和 Ti O2 及掺 Zn2 + 的 Ti O2 纳米粒子 ,用 XRD和荧光光谱 (FS)等手段对样品进行了表征 ,重点探讨了样品光致发光机制及与光催化活性的关系 .结果表明 ,Zn O和 Ti O2样品在大于带隙能的光激发下均表现出明显的 FS信号 ,热处理温度升高 ,FS信号强度下降 ,并且二者的FS信号类似 ,这可能与二者具有类似的电子能带结构有关 ,同时也说明 FS信号主要源于表面氧空位以及吸附氧物种等引起的激子或表面态能级 .掺杂 Zn2 +使 Ti O2 纳米粒子 FS信号增强 ,这主要与表面氧空位和缺陷等量增加有关 ;此外 ,在光催化氧化苯酚实验中 ,样品光催化活性与其 FS信号强度顺序一致 ,即 FS信号越强 ,活性越高 .这是由于在光致发光过程中 ,FS信号主要源于表面氧空位 ,而在光催化反应中 ,表面氧空位有利于氧化反应进行 .

掺杂镧的TiO_2纳米粒子的光致发光及其光催化性能

采用溶胶 凝胶法制备了纯的和掺杂La的TiO2纳米粒子,并利用XRD,TEM,XPS和荧光光谱(FS)等对样品进行表征,主要考察焙烧温度和La含量对TiO2纳米粒子的性质以及光催化降解苯酚活性的影响,并探讨了La的掺杂对TiO2相变的作用机制以及FS光谱与光催化活性的关系。结果表明,适量La掺杂能够提高TiO2纳米粒子FS光谱强度,这是因为La掺杂能够使表面氧空位和缺陷的浓度增加;600℃热处理的掺杂不同量La的TiO2样品的光催化活性顺序是:1%>1.5%>3%>0.5%>5%>0%,这与它们的FS光谱强度的顺序是一致的,即FS光谱强度越高,其光催化活性越高。这是因为在光致发光过程中,FS信号主要来源于表面氧空位和缺陷,而在光催化反应过程中,表面氧空位和缺陷能够有利于光生电子被捕获。

固相法制备α-Fe_2O_3纳米粒子

用固相反应法合成了纳米α－Ｆｅ２Ｏ３粒子。采用ＸＲＤ、ＴＥＭ、Ｍｏｓｓｂａｕｅｒ对合成样品进行表征，结果表明此方法合成的粒子为α－Ｆｅ２Ｏ３．其粒子呈花生型，粒子直径为２０～４０ｎｍ左右．

掺杂镧和铈的TiO_2纳米粒子的结构相变

以钛酸四丁酯,La2O3和Ce(NO3)3·6H2O为原料,采用溶胶-凝胶法制备了纯的和分别掺杂5mol%镧和铈的TiO2纳米粒子,并利用XRD,TG-DTA,TEM和XPS等测试技术对样品的晶型、尺寸和形貌等进行了表征,主要考察了镧和铈的掺杂对TiO2的晶粒尺寸和锐钛矿→金红石结构相变的影响,并初步的探讨了镧和铈的作用机理.结果表明,600℃焙烧而获得的TiO2纳米粒子具有与P-25型TiO2粒子相类似的组成、结构、形貌和粒子尺寸;掺杂剂镧和铈分别以La2O3和CeO2小团簇形式存在,并比较均匀的弥散在TiO2纳米粒子中,二者的掺杂抑制了锐钛矿晶粒的增长和锐钛矿→金红石的结构相变,使相变温度显著提高,晶格畸变增大,而镧比铈的作用更加显著.镧和铈的作用机理可能主要与掺杂离子的半径和价态以及稀土氧化物的存在和熔点等有关.

强磁性纳米Fe_3O_4/SiO_2复合粒子的制备及其性能研究

本文采用液相沉积法制备出了满足免疫磁珠用磁核的粒径和磁性要求的纳米Fe3O4/SiO2复合粒子。考察了不同的制备条件对复合粒子的粒径和磁性能的影响,并借助不同的分析测试手段对复合粒子的性能进行表征。结果表明:该复合粒子的最佳制备条件为正硅酸乙酯(TEOS)的浓度为0.6mol·L-1,Fe3O4/TEOS物质的量的比为5∶1,反应温度为50°C,搅拌速度为800rpm;在此实验条件下制得的复合粒子的平均粒径在20nm左右,呈球形且分散较均匀,比饱和磁化强度为60.5emu·g-1。

CeO_2@Au核壳结构纳米粒子的合成与性质研究

采用沉淀法制备了球形CeO2纳米粒子,将其作为核粒子溶液,然后向其中滴加四氯合金酸溶液,在CeO2胶体表面利用柠檬酸钠还原[AuCl4]-离子,得到了CeO2@Au核壳结构纳米粒子。TEM分析表明,CeO2纳米粒子分散效果好,粒径为5 nm;CeO2@Au核壳粒子为球形,无团聚,平均粒径为15 nm。XRD分析表明,CeO2@Au核壳粒子为晶型结构,属于立方晶系,CeO2空间群为O5H-FM3M,Au的空间群为Fm-3m。UV-vis分析发现,CeO2@Au核壳粒子在300和520 nm处呈现出两个比较强的吸收峰,分别对应于CeO2胶体溶液的吸收峰和金粒子的表面等离子共振吸收峰。EDS分析了核壳结构CeO2@Au纳米粒子中存在Ce,O和Au 3种元素。XPS分析表明,Ce3d3/2和Au4f电子结合能与标准结合能相比发生了变化,说明CeO2与Au之间存在着相互作用。