磁性微/纳米功能杂化材料的合成及其应用

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wgy_2003_9
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本论文主要设计并合成了几种磁性微/纳米杂化功能材料,并将其用于磁控生物电催化和电催化过程,高灵敏检测,对环境有机污染物和细菌的处理等方面。主要包括以下几个部分:   1.通过PDDA对四氧化三铁微粒进行修饰使其带有正电荷,依靠静电吸附作用负载葡萄糖氧化酶。以双羧基二茂铁为媒介体,考察了这种复合材料在外加磁场调控下控制生物电化学催化信号上的应用。四氧化三铁微粒在外加磁场下会形成一维的组装体,这种组装体在伴随外加磁场方向改变而变换的过程中不会影响其组装结构,使得调控体系具有很好的稳定性和重复性。通过这种调控方式可以保持磁性材料一直在电极表面,使体系简单化。我们详细的考察了通过改变外加磁场的取向和与电极的距离来调控生物电催化信号的效果。   2.通过一锅合成法得到了链状和环状CoPt空心纳米结构。相比于已报道CoPt合金的合成体系,我们详细的考察了反应温度对产物形貌的影响,并证实温度在控制产物组装形貌上起到了关键作用。所得到的实验结果对理解温度在纳米粒子自组装行为的影响有很大的帮助。由于材料具有磁性可以通过磁固定的方式修饰在电极上,我们考察了所得到的CoPt空心纳米结构作为一种免Nafion参与的电极材料进行甲醇的电催化氧化的效果。   3.通过一种简单的方法合成了磁性核/有序氧化锰壳的杂化结构。该方法通过简单的将铁锰酸盐和高锰酸钾在偏酸性溶液中混合并加热,不需要对磁性材料进行额外的修饰就可以得到结构规整有序的分等级结构。二维片状的氧化锰均匀的生长在磁性核上,形成立体的高比表面积杂化体。研究中发现,铁锰酸盐中二价锰的存在对形成均匀的氧化锰外壳起到了很关键的作用。它可以与高锰酸根发生反应生成二氧化锰,其作为种子原位诱导高锰酸钾分解产生氧化锰的沉积。所得到的材料拥有较强的磁性,可以通过外加磁场简单的分离。由于其具有较高的比表面积,可以作为有机污染物的吸附剂,并可以通过高温分解所吸附的有机物进行材料的恢复。   4.合成了一种具有纳米级表面粗糙度的磁性核/金壳亚微米球。选择亚微米磁性核可以使最终的杂化材料仍具有较强的磁性,便于进行分离检测。我们通过将聚甲基丙烯酸和聚乙烯亚胺通过层层组装的方法修饰到磁球上使磁球带有丰富并均匀分布的正电荷。功能化的磁球可以用来高密度的组装金纳米粒子,并通过进一步的羟胺还原氯金酸实现金壳的生成,所得到的金壳具有很多纳米级的缝隙和突起。我们将这种材料用于吸附、磁分离对氨基苯硫酚,并通过表面增强拉曼光谱进行高灵敏检测。   5.我们用油酸铁作为铁源得到双功能哑铃形Au-Fe3O4纳米复合物,并成功的将其较好的分散在含有三甲基十六烷基溴化胺的磷酸缓冲溶液中。由于Au纳米材料具有很高的消光系数,我们设计了一种基于Au-Fe3O4和罗丹明B的荧光内滤效应检测氰根的体系。其中Au纳米粒子可以有效的降低荧光素的信号并且可以选择性的与氰化物反应,Fe3O4使材料具有很好的磁分离和浓缩的能力。这种方法可以检测到4.0×10-7 M的氰根。更重要的是,在模拟有明显染料污染的实际水样中,通过“磁分离-清洗”的方式可以有效地减小污染物对光谱的干扰。   6.我们提出了一种简便的方法利用普通的原料来合成水溶性超顺磁性的Ag-Fe3O4杂化物。银纳米粒子、银纳米立方体和银纳米线都可以直接沉积Fe3O4微晶。结合的Fe3O4可以改变Ag结构的等离子体共振频率,也使银纳米结构更稳定。有趣的是,在高能电子束的照射下,材料的结构可以发生变化。此外,银具有转换成其它贵金属空心结构的能力。一种新颖的Fe3O4/Au-AgCl双层纳米管结构通过氯金酸与Ag纳米线一Fe3O4的置换反应得到。这种纳米管显示出明显的近红外吸收,并表现出优良的通过自然光催化灭活细菌的能力。
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