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制备新型的金纳米材料是非常必要和十分有意义的,至今仍然是纳米研究中的热点之一。本论文紧紧围绕金纳米材料的研究热点,与传统的电化学相结合,从合成特殊形貌和性能的金纳米材料及其与碳纳米管的杂化材料入手,研究了这些材料在电分析化学中的应用。
(1)以苯胺为还原剂合成金片。与其他方法相比,该方法在生成金片的同时也得到了直径是8 nm的聚苯胺纳米管。这两种产物之间没有相互作用,故可以通过溶剂溶解法进行分离。通过连续取样跟踪监测等方法,研究了十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)在金片表面的吸附情况。基于实验结果,探讨了CTAB在反应过程中的作用,提出了金片可能的生长机理。
(2)用吐温40作表面活性剂,一步合成了金@聚苯胺核一壳纳米材料。研究了溶剂醋酸的作用,探讨了合成条件对产物形貌的影响。在实验结果的基础上,我们提出了金@聚苯胺核—壳纳米材料可能的生长机理。
(3)用端基是氨基的离子液体,1-(3-氨基丙基)-3-甲基溴化咪唑(IL-NH2)还原HAuCl4合成了平均粒径为1.7 nm的金纳米粒子。IL-NH2在反应中同时被用作还原剂和稳定剂。实验结果表明,通过该方法合成的金纳米粒子具有较好的稳定性。同时,IL-NH2稳定的金纳米粒子(Au-IL)对氧气的催化还原活性高于其他粒径相近的金纳米粒子(分别用巯基和柠檬酸稳定)的催化活性。
(4)用电化学方法合成了聚苯胺/多壁碳纳米管/金(PANI/MWCNT/Au)杂化材料。首先通过电聚合,将PANI聚合在MWCNT上。然后通过电化学沉积,将金纳米粒子沉积在PANI/MWCNT上。与其他方法相比,电化学方法简单易控,且不受基底形状的影响。所得到的PANI/MWCNT/Au对抗坏血酸有较好的催化性能。
(5)在功能化离子液体的存在下,合成了金纳米粒子/多壁碳纳米管杂化材料。由于离子液体的作用,生成的金纳米粒子粒径小(平均粒径为3.3 nm),并且在碳纳米管上分布均匀,密度高。研究结果表明,离子液体在合成过程中起着重要作用,它不仅是还原剂,也有助于对氧气的催化还原。该杂化材料对氧气还原有较好的催化作用,与裸玻碳电极相比,氧气的还原峰约正移了456 mV。
(6)将金纳米粒子分散在碳纳米管上,一方面可以固定金纳米粒子,另一方面可以对碳纳米管表面进行功能化,得到性能良好的杂化材料。利用荷有正电的硫堇小分子为分子胶水,将荷有负电的碳纳米管和金纳米粒子连接在一起,形成多壁碳纳米管/硫堇/金纳米粒子杂化材料。该材料对氧气显示了较好的电催化还原活性,与裸玻碳电极相比,氧气的还原峰约正移了300 mV。
(7)利用正负电荷相吸引的原理,将带有正电的辣根过氧化物酶吸附到荷有负电的多壁碳纳米管/硫堇/金纳米粒子杂化材料表面。实验结果表明,固定的辣根过氧化物酶保持了较好的生物活性,并且对双氧水有较好的催化性能和响应性能。对双氧水的检测限为10-7M。这种固定方法可以推广到其他生物酶的固定化中,该固定化方法对生物传感器的构建和研究有重要意义。