前沿科研成果融入应用化学专业综合实验教学——新型二氧化硅交联胶束核壳纳米粒子在药物缓释方面的应用

设计了一个新型二氧化硅交联胶束核壳纳米粒子“合成、表征、应用”进阶式的本科生化学综合实验。首先,在聚合物自组装形成胶束的过程中加入硅源,使其与二氧化硅交联形成具有水溶性外壳和脂溶性内核的核壳结构的纳米粒子,再利用脂溶性内壳装载姜黄素药物,最后对装载姜黄素纳米进行药物缓释研究。本实验可以开拓学生的科研视野、熟悉纳米材料的合成方法与应用价值、锻炼制备纳米材料的实际操作能力,为学生以后从事科学研究和实际应用打下良好的基础。

“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。

(Mn7C3,Ni)@C核壳型纳米粒子制备及超级电容器电化学特性

采用直流电弧法,在CH_4气氛下以钨棒为阴极蒸发锰镍混合物阳极靶材,制备了(Mn_7C_3,Ni)@C纳米粒子,并用作超级电容器电极材料。(Mn_7C_3,Ni)@C纳米粒子具有明显的核壳结构,平均粒径50 nm。在碳外壳包覆下,内核为Mn_7C_3和Ni的混合物。镍有催化作用,促进碳源形成,影响C壳厚度,锰容易与碳结合生成具有赝电容特性的Mn_7C_3。镍因其催化作用促进碳壳成长,使纳米粒子具有双电子层电容。Mn-C化合形成的Mn_7C_3具有赝电容特性。因此,不同锰镍比例对电极电化学性能有极大影响:锰比例越高,材料比电容越好(485.12 F/g),但循环寿命随之变差;镍比例越高,材料循环稳定性越好(303.57 F/g),1000次循环后其比电容保持为原来的70%。

薄壳层核壳型Ni/Pt纳米粒子的制备及电催化性能

通过胶体化学镀法制备不同厚度薄壳层核壳型Ni/Pt纳米粒子,采用HRTEM、EDS、XPS和XRD手段对粒子的形貌、晶型和组成进行物理表征.采用动电位、循环伏安法对其氧电还原和甲醇电氧化活性进行测试.实验结果表明,核壳结构Ni/Pt纳米颗粒基本为球形,其中Ni1-Pt0.067平均直径为7 nm左右,壳层厚度约1 nm.与Pt/C相比,核壳型Ni/Pt纳米粒子对氧电还原和甲醇电氧化的催化活性显著提高.在所制备的不同壳层厚度催化剂中,Ni1-Pt0.067/C在0.5 mol/L H2SO4中氧电还原的最大峰电流密度可达到143.06 mA/mg,是相同反应条件Pt/C峰电流密度的1.4倍;而Ni1-Pt0.067/C在0.5 mol/L H2SO4+1.0 mol/L CH3OH溶液中甲醇电氧化峰电流密度可达538.3 mA/mg,是Pt/C峰电流密度的5.2倍.若以1 mg贵金属Pt为基准,Ni1-Pt0.067/C的比质量活性相对Pt/C的提高了30倍.

Ni@C@TiO_(2)核壳双重异质结的构筑及光热催化分解水产氢

合理设计具有出色光吸收和电荷分离与转移能力的纳米催化剂,实现高效的光催化制氢仍然是一个挑战。借助间苯二酚-甲醛树脂(RF)模板和Ar气氛煅烧工艺构建了三元Ni@C@TiO_(2)核壳双重异质结纳米催化剂,实现了高效热积聚和高通量电荷转移。该体系充分结合了碳层的宽带吸收、Ni纳米粒子(NPs)的等离激元特性以及TiO_(2)的保护和催化功能。在双重异质结中建立了较大的内部电场,使电荷分离效率提高了2.4倍。得益于Ni@C芯光热效应与Ni/C-C/TiO_(2)双重异质结的协同效应,从而实现有效的电荷分离和传输,提高了电荷转移速率;核壳结构的构建降低了体系热量损耗,最终实现高效的太阳能光热转换(光热效率78.0%)和光热催化分解水产氢性能(析氢速率为1538μmol·g^(-1)·h^(-1))的提升。稳健的核壳纳米颗粒可以应用到其他光热催化系统的设计中,为开发更高效的全光谱利用型光催化剂提供思路。

Ni_3C@Ni核壳型纳米粒子的制备及研究

采用高温有机液相法,以醋酸镍为前驱体,用三辛基膦作表面活性剂,用连续注入的方式,在不同的反应阶段加入三辛基膦,制备了Ni_3C@Ni核壳型纳米粒子(NPs)。催化性能研究表明,该核壳结构的活化能ΔE=60 k J/mol,低于单一镍纳米粒子(ΔENi=65 k J/mol)的活化能;磁学性能研究表明,该纳米粒子为铁磁性,在300 K时的矫顽力为65.2 Oe,饱和磁感应强度为0.25 emu/g。退火后的产物为镍/氧化镍的核壳结构。电化学性能研究表明,该核壳结构具有较为稳定的循环可逆性,首次充放电容量较高,可作为新型锂离子电池负极材料。

Fe_3O_4@C核壳结构纳米粒子结构特性表征及应用

目的采用一步法合成Fe_3O_4@C纳米粒子,分析其核壳结构的形成机理,并研究该纳米材料在磁性防伪油墨方面的应用。方法以FeCl_3·6H_2O为铁源,乙二醇为溶剂,葡萄糖为碳源,尿素为碱源,制备具有核壳结构的Fe_3O_4@C纳米粒子,分别采用X射线衍射、场发射扫描电镜、高分辨透射电镜、红外光谱仪和激光拉曼光谱等对其表面形貌和结构进行表征,并对所制备磁性油墨的粘度、抗摩擦性、细度和磁性进行测定。结果所制备的Fe_3O_4@C纳米材料是以平均粒径18 nm的Fe_3O_4为核,厚度为2 nm的无定形碳为壳层的单分散球形纳米粒子,葡萄糖是核壳结构形成的关键;该材料在室温下具有典型的软磁特性,饱和磁化强度为71.2 A·m^(-2)/kg,矫顽力为10 984.8 A/m,所制磁性油墨的墨层耐磨性参数为81%,印记有磁性,粘度为95 Pa·s,各项性能均符合磁性防伪油墨的要求。

Fe3O4@SiO2@C核壳纳米粒子的制备与电磁性能

通过原位聚合法和高温碳化法合成了Fe3O4@SiO2@C核壳纳米粒子。使用傅里叶红外光谱仪、透射电子显微镜和矢量网络分析仪表征了所制备的样品。结果表明,纳米粒子呈现致密的核壳结构,平均粒径在700 nm左右,C层的厚度约为55 nm。此外,吸收体厚度为2 mm时,在12~16 GHz范围内,样品的微波反射损耗低于−10 dB,在13 GHz处达到最小值−21 dB。最后,利用时域有限差分法计算了Fe3O4@SiO2@C纳米粒子在红外波段的吸收、散射和消光效率,结果表明纳米粒子具有纯碳优良的红外消光性能。因此,Fe3O4@SiO2@C纳米粒子可以作为一种红外干扰材料兼具雷达波吸收性能。

基于稀土上转换纳米粒子传感器的构建及其在食品添加剂检测中的应用

稀土上转换纳米粒子(UCNPs)因其具有毒性小、化学稳定性好和背景荧光低等优点被用于构建荧光纳米传感器。通过溶剂热法制备核壳UCNPs,采用柠檬酸钠对其进行表面配体交换得到水溶性核壳UCNPs(Cit-CS-UCNPs),以Cit-CS-UCNPs作为荧光传感器的能量供体,二氧化锰(MnO_(2))纳米片作为荧光传感器的能量受体,采用荧光共振能量转移(FRET)机理,构建了一种用于食品添加剂二氧化氢(H_(2)O_(2))和叔丁基对苯二酚(TBHQ)检测的荧光纳米传感器(Cit-CS-UCNPs-MnO_(2))。通过扫描电镜(SEM)、荧光光谱和紫外可见吸收光谱(UV-Vis)等分析测试手段对制备的纳米材料的形貌结构和性能进行表征。考察了猝灭剂浓度、孵育温度及孵育时间等实验条件对荧光传感体系检测性能的影响。荧光光谱和UV-Vis实验结果表明,Cit-CS-UCNPs最大发射峰位于654nm,Cit-CS-UCNPs与MnO_(2)结合后,核壳UCNPs发生荧光猝灭,当存在H_(2)O_(2)时,Cit-CS-UCNPs的荧光恢复,说明在此波段H_(2)O_(2)与MnO_(2)纳米片发生氧化还原反应,MnO_(2)纳米片被还原成Mn^(2+),逐渐从Cit-CS-UCNPs的表面解离下来;存在TBHQ时,Cit-CS-UCNPs-MnO_(2)与TBHQ体系峰位与TBHQ偏移到253nm,为TBHQ与MnO_(2)纳米片发生氧化还原反应,使得Cit-CS-UCNPs-MnO_(2)体系中FRET效应减弱,荧光强度回升。SEM结果表明,MnO_(2)纳米片均匀包覆在Cit-CS-UCNPs的周围,在水中仍可保持良好的分散性,表明MnO_(2)纳米片修饰到Cit-CS-UCNPs表面。对猝灭剂高锰酸钾(KMnO4)的浓度进行了优化。结果表明,当KMnO4浓度为10mol·L^(-1)时,猝灭效率可达90%。对检测条件进行优化,结果表明H_(2)O_(2)的检测孵育时间为25min时,MnO_(2)和H_(2)O_(2)之间氧化还原反应基本完全,Cit-CS-UCNPs-MnO_(2)荧光恢复值最大;TBHQ的检测孵育时间为30min。在最佳实验条件下,Cit-CS-UCNPs-MnO_(2)的荧光强度变化比率与H_(2)O_(2)浓度(0~1000μmol·L^(-1))及TBHQ浓度(0~0.6 mmol·L^(-1))分别具有良好的线性关系。保持最佳实验条件,选取食品中存在的代表性金属离子(如K+、Na+、Ca^(2+)和Mg^(2+))和常见的食品添加剂苯甲酸(BA)、D-葡萄糖(Glu)、山梨酸钾(PS)、蔗糖(Suc)、纳他霉素(Nat)和肌醇(Ino)作为研究对象进行选择性测试,发现与H_(2)O_(2)相比,Cit-CS-UCNPs-MnO_(2)对其他添加物质没有强烈的反应,传感器整体荧光信号波动不大,因此Cit-CS-UCNPs-MnO_(2)对H_(2)O_(2)和TBHQ可进行特异性检测。

一种制备核-壳纳米Ni/Al复合粉末的新方法

在含氟离子的水溶液中,采用Al粉直接置换还原Ni盐的方法,实现了纳米Ni在Al粉表面上的快速化学沉积,制备出核-壳结构的Ni/Al复合粉末。探讨了反应的过程,利用粒度分析,SEM,XRD,BET,XPS等测试手段对复合粉末进行了微观测试和表征。结果表明:平均粒度为7.13μm的铝颗粒表面包覆着一层纳米Ni(其晶粒度为20.4nm),形成了壳层。

贵金属核壳纳米粒子最新研究进展

贵金属核壳纳米粒子具有独特的光、电和催化性质,使其在材料科学、生物物理、分子电子学以及基于表面增强效应的荧光工程学领域具有极其广泛的应用前景。本文综述了贵金属核壳纳米粒子的制备方法及应用,并对贵金属核壳材料的发展进行了展望。

以胶体粒子为模板制备核壳纳米复合粒子

核壳纳米复合粒子具有许多不同于单组分胶体粒子的独特的光、电、磁、催化等物理与化学性质 ,是构筑新型功能复合材料的重要组元 ,在光子带隙材料、微波吸收材料、电磁流变液、催化剂和生物等领域有重要应用。本文从控制核壳复合粒子的微观结构及壳层均匀性与厚度的角度 ,详细评述了目前以胶体粒子为模板制备粒径从纳米到微米尺度的核壳复合粒子的方法。指出利用胶体粒子模板表面与壳层物质或其前驱物间的特殊相互作用 (包括静电和化学相互作用 ) ,是完善现有制备方法和发展新方法来制备具有设定组成、结构和性能的核壳复合粒子的关键 ,同时也是将来的粒子表面纳米工程和获取有序的、先进纳米复合材料的主要方向。

核/壳型CdTe@SiO_2荧光纳米复合粒子的制备与表征

利用反相微乳法,以巯基乙酸修饰的水溶性CdTe量子点为核,包覆SiO2,制备得到核壳型CdTe@SiO2荧光纳米复合粒子.用紫外-可见(UV-vis)分光光度计,荧光(PL)分光光度计,红外(FT-IR)光谱仪,透射电子显微镜(TEM)等分析测试手段,对得到的荧光纳米复合粒子的性能进行表征,结果表明:得到的CdTe@SiO2纳米复合粒子是核壳型结构,由SiO2壳层包覆多个量子点,其大小均匀,水溶性好,有效地提高了量子点的稳定性,大大增强了其抗光漂白性能,为该材料的进一步生物应用打下了良好的基础.

水溶性CdSe/CdS核壳纳米粒子制备的影响因素及其对CdSe/CdS光谱特性的影响

以半胱氨酸镉配合物为前体,在水溶液中合成CdSe纳米粒子,以CdS对其表面进行修饰,得到具有核壳结构的CdSe/CdS纳米粒子.采用XRD,TEM表征其结构及形貌;以荧光光谱研究了时间、pH值、壳量、壳前体加入方式、稳定剂用量等因素对CdSe/CdS光谱特性的影响.

Au/Ag核-壳结构复合纳米粒子形成机制的研究

在已制备好的Au纳米粒子表面 ,通过化学还原的方法沉积生长Ag包覆层 .通过控制Au ,Ag的比例 ,制备了粒度均匀且粒径可控的Au/Ag核 -壳结构纳米粒子 .利用UV vis吸收光谱和透射电子显微镜 (TEM)对Au,Ag摩尔比为 1∶10的复合纳米粒子的光学性质和形态进行随时监测 ,直接观察了核 -壳结构纳米粒子的生长过程 :一部分Ag+ 在Au核表面还原生长 ,溶液中其余Ag+ 还原形成银的纳米团簇向粒子表面的继续沉积生长 。

核壳结构型纳米CaCO_3-SiO_2·nH_2O复合粒子的制备

在搅拌槽式反应器中，以用超重力法合成的纳米 ＣａＣＯ３和 Ｎａ２ＳｉＯ３为原料，用溶胶－凝胶技术制备具有核壳结构的纳米 ＣａＣＯ３－ＳｉＯ２·ｎＨ２Ｏ复合粒子 用 ＸＰＳ、 ＴＥＭ、 ＸＲＤ等方法对粒子的化学组成、形貌。

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。

磁性核壳Fe_3O_4/Ag纳米复合粒子的制备及性能(英文)

以硅烷偶联剂巯基丙基三甲氧基硅烷作为添加剂,甲醛作为还原剂,在Ag[(NH3)2]+溶液中制备出具有核壳结构的Fe3O4/Ag纳米复合粒子。用X射线衍射、场发射扫描电镜、差热分析、振动样品磁强计和Hall效应测试系统对样品进行了表征。结果表明:Fe3O4/Ag核壳复合粒子粒径为40～60nm,Ag壳层厚度为10～15nm,体积电阻率为7.7573×10-4Ω.cm,饱和磁化强度为26.37A.m2/kg。

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。

球磨时间对制备Fe-ZnO核壳纳米复合粒子的结构和性能的影响

通过高能球磨法制备了具有蛋糕-果仁形态的Fe-ZnO核壳纳米复合粒子,并研究了形成产物的微观结构、演化过程以及静磁性能和2-18GHz微波电磁参数.研究结果表明Fe-ZnO粒子具有良好的抗氧化性.XRD、HRTEM和SEM显示,随球磨进行Fe-ZnO粒子中Fe晶粒尺寸减小到10nm左右并逐渐增加表面各向异性.与微米羰基铁相比,Fe-ZnO粒子具有较大的微波磁导率和较小的微波介电常数,以及相近的比饱和磁化强度.本文发展的方法对制备其他金属与无机氧化物的纳米复合材料也有重要指导作用.