幾種多維結構與形貌的納米材料的制備、表征及其在生物分析中的應用研究.pdf

1、納米結構材料常具有許多傳統(tǒng)材料所不具備的光、電、磁和化學性質，在磁記錄、電子元件、生物醫(yī)學、傳感器以及工業(yè)催化等諸多重要技術領域有著廣泛的應用前景，而成為當今材料研究的熱點之一。本論文正是在這一研究背景下，致力于設計和構筑新的自組裝納米結構，并對他們的結構和性質進行詳細的研究，同時利用多種實驗技術實現了對體系中功能納米單元的尺寸、形貌、組成和結構的控制，為構建基于這些功能納米單元的納米器件提供了相關實驗方法與理論基礎。 本論文采

2、用了改進的水熱/溶劑熱和多元醇介導合成方法制備了具有多維形貌與結構的氧化物，并對他們的性質和應用進行了詳細的研究。其主要內容如下： 一、我們在水熱反應的條件下，利用CTA+和Zn(OH)42-的自組裝，合成了具有劍麻狀的三維ZnO新型納米結構，表面活性劑CTAB的濃度以及Zn2+/OH-的摩爾比是形成分散性好的高純度的ZnO納米結構的主要因素。合成方法簡單快速，產量高，而且反應溫度區(qū)域大。根據考察不同CTAB濃度、Zn2+/OH

3、-的摩爾比和不同反應時間和反應溫度的影響，提出了生成這種納米結構的機理。最終產物用XRD，SEM，TEM，HRTEM，SAED，和PL技術進行表征和測試。這種劍麻狀的三維ZnO納米結構不僅可以作為制作功能納米或微米器件的理想材料，而且其合成方法同樣可以應用到其他兩性氧化物如氧化鋁納米結構的合成。 二、采用異辛醇為還原劑，通過表面活性劑輔助的水熱反應合成了新的一維層狀MnO2組裝結構，這種組裝結構含有少量的Y-Mn2O3雜質。XR

4、D，SEM，TEM，HRTEM，和XPS對樣品進行了表征，用超導量子磁強計(SQUID)測試了樣品的磁性。實驗結果表明異辛醇，聚乙二醇400，氫氧化鉀的濃度和反應時間是影響納米線束生長的重要因素。這種納米組裝結構的生長機理也被詳細研究。超導量子磁強計測試表明樣品在32K以下顯示典型的鐵磁性質，而在32K以上則顯示順磁行為。 這種性質使得樣品可以作為磁性納米器件的理想材料。本合成方法不僅適用于合成各種氧化物納米材料，而且還可以擴展

5、到金屬或合金一維納米結構的制備或組裝。 三、采用了簡單的一步反應法制備了由3-5nm的CeO2納米粒子組裝而成的中孔納米球組裝結構。該納米結構產量高，分散性好，尺寸分布均勻。利用TEM，SEM，FTIR，XRD等技術觀察了產物的形貌、考察了產物的生長過程，提出了產物由二維的圓盤狀生長為零維的具有中孔結構的納米球生長機理。這種中孔結構CeO2納米球組裝結構及其負載金納米粒子后的混合體系不僅對CO的催化氧化顯示了優(yōu)越的性能，而且還可

6、能應用到諸如生物化學等其他重要領域。 四、將納米中孔CeO2粒子用作過氧化物酶模擬酶，考察了pH、溫度和H2O2濃度和反應時間對其催化氧化活性的影響，得到了顯示其最高催化活性的最佳條件。并在最佳條件下，將其用于模擬過氧化物酶來檢測H2O2的濃度，結果表明這種有3-5nm組裝而成的CeO2納米粒子作為過氧化物酶模擬酶有著較高的催化活性，在檢測H2O2的應用中顯示出超強的能力， 5×10-9mol/L的H2O2都可以被檢測到，靈敏度

7、較高。更重要的是，利用這種球狀的二氧化鈰納米中孔結構，還可以高靈敏度和高選擇性的來檢測葡萄糖，5×10-7 mol/L的葡萄糖都可以被檢測到，線性范圍為1×10-6到1×10-4。由于CeO2中孔納米粒子制備簡單，而且可以在更加苛刻的條件下代替自然酶。構建的過氧化氫和葡萄糖的測試平臺不僅充分證明了CeO2中孔納米粒子具有過氧化物酶模擬酶的特性，而且還可能同樣在其他應用領域如生物傳感器，顯示其卓越的性能。 五、采用一種改進的水熱/

8、溶劑熱技術，借助表面活性劑的作用下，大量合成了尺寸和形貌均一的四氧化三鐵單晶納米帶。仔細討論了各種實驗條件如時間、溫度、表面活性劑和水熱/溶劑熱成分對產物形貌的影響，提出了這種單晶四氧化三鐵納米帶的生成機理。用超導量子磁強計考察了納米帶的磁性。并將其用于模擬過氧化物酶來檢測過氧化氫的濃度，結果表明這種很薄的單晶納米帶在檢測過氧化氫的應用中顯示出超強的能力，2×10-7mol/L的過氧化氫都可以被檢測到，線性范圍為5×10-7到1×10-

9、5。更重要的是，利用這種帶狀的四氧化三鐵納米結構，還可以高靈敏度和高選擇性的來檢測葡萄糖，5×10-8mol/L的葡萄糖都可以被檢測到，線性范圍為1×10-5到1×10-3。由于四氧化三鐵納米帶制備簡單，而且可以在更加苛刻的條件下代替自然酶。構建的過氧化氫和葡萄糖的測試平臺不僅充分證明了四氧化三鐵納米帶具有過氧化物酶模擬酶的特性，而且還可能同樣在其他應用領域如生物傳感器或生物分離分析顯示其卓越的性能。 六、利用硫酸亞鐵為原料，采

10、用表面活性輔助的水熱反應合成了形貌均一的、自組裝的、四氧化三鐵納米帶組裝結構。通過簡單的煅燒反應以后，得到了γ-Fe2O3和α-Fe2O3兩種納米帶組裝結構，樣品的形貌沒有發(fā)生大的變化。詳細研究了這種納米組裝結構的生長過程，提出了可能的生長機理，并發(fā)現正壬醇在這種納米組裝結構的形成過程中起著至關重要的作用。這些氧化物納米組裝結構在水處理中顯示出了較強的去除水中有機污染物的能力。經分離后，在空氣中灼燒可以再生吸附劑，吸附劑可以循環(huán)使用，有