纳米TiO_2对PCR体系中DNA合成的影响及其机理研究

研究纳米TiO2对PCR体系中DNA合成的影响及其作用的分子机制.方法是把不同浓度的纳米TiO2直接加入PCR体系中,观察其对DNA合成量的影响;把与纳米TiO2预先混合的聚合酶、引物或模板的上层清液及沉淀分别加入到PCR体系中,观察预先相互作用对DNA合成量的影响;并用聚丙烯酰胺凝胶电泳和紫外可见光谱方法分析其作用的分子机制.结果表明锐钛矿型纳米TiO2对PCR体系中的DNA合成有浓度依赖性的抑制作用,且抑制作用强于微米级;聚合酶的上层清液、引物的沉淀、模板的上层清液与沉淀均有DNA的合成,但合成量均小于纳米TiO2直接加入PCR时的DNA的合成量;综合紫外可见光谱和电泳实验,认为避光条件下,锐钛矿型纳米TiO2抑制DNA合成的主要原因是对聚合酶、引物和模板的吸附作用,其中包括化学吸附和物理吸附,作用强度以引物最强,模板居中,聚合酶最弱,为进一步研究纳米TiO2对DNA的损伤及其生物毒性提供了理论基础.     

以花瓣为模板制备TiO2分层介孔纳米片

以月季花花瓣为模板, 经钛盐溶液浸渍后煅烧, 合成了新型TiO2 分层介孔纳米片. 采用X射线衍射(XRD)、 场发射扫描电子显微镜(FESEM)、 环境扫描电子显微镜(ESEM)、 透射电子显微镜(TEM)、 紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis/DRS)和氮气吸附-脱附曲线分析等手段对样品进行了表征. 结果表明, 所得样品由厚度约4 nm的具有生物形态结构的锐钛矿型TiO2 纳米片组成. TiO2 薄层表面存在大量介孔, 其孔径集中分布于4 nm左右. 由紫外-可见漫反射吸收光谱可知, 材料的吸收边较纳米TiO2 (P25)红移了约20 nm, 因而具有更高的可见光光催化活性. TiO2 分层介孔纳米片在阳光下表现出较强的光催化活性, 在90 min内对亚甲基蓝的降解率可达98%, 远高于TiO2 纳米粉.     

低温水热合成异形TiO2纳米晶及其表征

70 ℃下在钛酸四丁酯(TBOT)水热合成TiO2过程中, 加入油酸, 控制TiO2颗粒的生长方向, 无需热处理, 直接得到针状和纺锤形锐钛矿TiO2纳米晶. 应用透射电子显微镜、X 射线衍射仪对TiO2纳米晶进行了形貌观察和晶体结构的测定. 红外光谱分析表明, 油酸分子以静电作用吸附于针状TiO2纳米晶的表面. 根据UV-Vis吸收峰, 计算了TiO2纳米晶的禁带宽度. 纺锤形TiO2纳米晶具有较高的光催化活性, 60 min内催化降解了90%的罗丹明B.     

分等级球状TiO2纳米结构的合成、表征和光催化活性

以TiCl3作为钛源,添加聚丙烯酰胺(PAM)和尿素,采用水热方法合成了分等级球状TiO2纳米结构。利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线粉末衍射(XRD)、Raman光谱、氮气吸附-脱附分析和紫外-可见漫反射光谱(UV-VisDRS)对产物的形貌、晶相组成、孔结构和紫外-可见光谱性质进行了表征。结果表明,制备的直径为400～600nm的球状TiO2纳米结构由粒径为20～40nm的纳米粒子组装而成。PAM和尿素对分等级球状TiO2纳米结构的形貌和晶相组成有着重要影响。对紫外光照射下分等级球状TiO2纳米结构在甲基橙降解中的光催化活性也进行了研究。     

La3+-SiO2掺杂纳米TiO2的合成及其光催化降解甲基橙的研究

以三嵌段非离子表面活性剂P123为模板,采用水热法合成了La3+-SiO2掺杂纳米TiO2,通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、紫外-可见漫反射吸收光谱(DRS)等手段,考察了La3+-SiO2掺杂纳米TiO2的结构与光学特性.实验结果表明,La3+和SiO2掺杂使TiO2的晶粒在生长过程中受到阻碍.Ti-O-Si键和Ti-O-La键的形成抑制了金红石相的形成和晶粒长大,提高了TiO2的热稳定性,有利于获得高纯度锐钛矿相纳米TiO2.La3+-SiO2掺杂将TiO2的光响应范围拓宽至可见光区,提高了纳米TiO2的光催化性能.与纯纳米TiO2相比,La3+-SiO2掺杂纳米TiO2光催化降解甲基橙的性能显著提高.     

N、F共掺杂可见光响应介孔TiO2光催化剂:纤维素模板剂合成及活性

以纤维素为模板剂,TiCl4为钛源,采用液相水解-沉淀法制备了浅黄色的N、F共掺杂可见光响应介孔TiO2催化剂(TiONF)。以苯酚为模型物,考察了TiONF在紫外光区、可见光区及太阳光下催化活性;采用X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外(FTIR)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、X射线衍射(XRD)、热重/量热扫描(TG/DSC)、透射电镜(TEM)及低温N2物理吸附-脱附等技术对TiONF催化剂的结构进行了表征。结果表明,以纤维素为模板剂合成适量N、F共掺杂的TiONF催化剂在紫外光区、可见光区及太阳光下均表现出较高的活性,且高于无模板剂合成的TiONF催化剂的活性。N、F共掺杂提高了TiO2表面羟基数量和锐钛矿相TiO2向金红石相转变的温度;N掺杂形成新的能级结构,诱发TiO2可见光催化活性;F掺杂促进TiO2粒子表面氧空穴产生,致使TiO2粒子表面酸度和Ti3+增加。另外,纤维素的加入可减小TiONF颗粒平均尺寸,改善催化剂分散性,提高催化剂比表面积。     

TiO2/Au纳米棒阵列的制备及其光催化性能

采用电沉积和旋转涂膜相结合的方法成功制备了高度有序的TiO2/Au纳米棒阵列催化剂.扫描电镜和透射电镜结果表明,TiO2薄膜均匀地包覆在Au纳米棒的表面,形成核壳型的一维阵列结构.X射线衍射分析表明所获得TiO2为(101)晶面优先生长的锐钛矿晶相.紫外-可见漫反射光谱显示,由于Au和TiO2间肖特基结的存在造成吸收红...     

表面相结结构在促进光催化电荷分离中的应用

二十世纪八十年代以来,特别是近十年,光催化研究在利用可再生能源太阳能的道路上飞速发展。越来越多的研究表明,相结结构的构筑是有效提高半导体光催化剂性能的重要策略。其中, TiO2作为重要的模型光催化剂,其相关研究成果呈现出指数增长的趋势。本综述围绕TiO2模型光催化剂,主要介绍TiO2表面相结的研究成果,包括TiO2表面相的表征、锐钛矿：金红石TiO2相结用于光催化产氢研究、TiO2相结在光催化中作用的最新认识等。在表征方面,通过表面灵敏的紫外拉曼光谱研究了TiO2相变过程中表面相结构的变化,结合可见拉曼以及XRD表征揭示了TiO2独特的相变过程,即相变始于锐钛矿粒子的界面处,小粒子逐渐团聚为大粒子,致其相变从大粒子体相开始最终扩展到整个粒子。使用CO, CO2探针红外光谱,根据锐钛矿和金红石表面吸附物种的差异,进一步证实了锐钛矿：金红石表面相结结构,为紫外拉曼光谱的表面表征特性提供坚实证据。同时,利用发光光谱观察到锐钛矿晶相的可见发光带和金红石晶相的近红外发光带,并基于此给出了TiO2材料表面相结结构的荧光表征新方法。此外荧光光谱还提供了锐钛矿、金红石相中载流子动力学信息,揭示了束缚态在光催化中的作用。在光催化应用方面,观察到混相结构TiO2较单独锐钛矿及金红石相具有更高的光催化产氢活性,通过在较大金红石颗粒上担载纳米锐钛矿粒子,证明了相结结构在提高光催化活性中的核心作用,并首次提出了锐钛矿：金红石表面异相结结构概念,推断其对电荷分离的促进作用是最终提高反应活性的原因。之后将此概念应用到改善商品TiO2(P25)光催化活性中,通过可控热处理精细调控P25的表面相结构,在光催化重整生物质衍生物产氢实验中,成功将P25光催化产氢活性提高3?5倍。之后发展了新的TiO2表面控制方法,通过加入Na2SO4等相变控制剂,延缓了TiO2从锐钛矿向金红石的相变过程,在较高温度下实现TiO2相结结构的调控,最终可将P25光催化重整甲醇制氢的活性提高6倍,同时通过高分辨电镜清晰观察到锐钛矿：金红石相结的原子层生长接触。在相结作用机理方面,多种时间分辨光谱技术以及理论计算被用作探索锐钛矿：金红石相结处的电子转移机理。通过时间分辨红外光谱对TiO2表面相结结构作用的研究,特别是利用锐钛矿、金红石不同的瞬态吸收光谱特征,证明了锐钛矿：金红石相结处的载流子转移过程,存在锐钛矿向金红石的电子转移过程。模型光催化剂TiO2相结的研究成果,加深了对光催化机理的认识,促进新型高效光催化体系的设计合成。     

ZSM-5 晶粒度对其负载的 TiO2 光催化剂性能的影响

 采用透射电子显微镜、扫描电子显微镜、X 射线荧光分析、X 射线光电子能谱、紫外-可见漫反射光谱和吡啶吸附傅里叶变换红外光谱等表征方法以及偶氮染料甲基橙的吸附和光降解反应, 研究了 ZSM-5 晶粒度对 TiO2/ZSM-5 光催化剂性能的影响. 结果表明, TiO2 主要负载于 ZSM-5 沸石外表面, 因而减小载体晶粒度有利于提高 TiO2 的负载量和分散性. 纳米 ZSM-5 沸石负载的 TiO2 催化剂具有较高的甲基橙吸附量, 且吸附发生在 ZSM-5 外表面的酸中心上, 催化剂良好的吸附能力促进了甲基橙的光降解.     

氮掺杂纳米多孔TiO2:EDTA-Na2辅助水热合成及光催化性能

利用螯合剂乙二胺四乙酸二钠(EDTA-Na2)作为致孔剂,以三氯化钛(TiCl3)为前驱体.利用水热法直接合成了氮掺杂的纳米多孔TiO2.通过SEM、XRD、IR、低温N2吸附-脱附、XPS、热重分析(TG)和紫外可见(UV)光谱对样品进行了表征与分析.结果表明所合成TiO2以锐钛矿相形式存在,氮掺在TiO2晶面之间,具有典型的介孔结构和较高的比表面积,通过改变EDTA-Na2的浓度,比表面积口1控制在95～216 m2·g-1之间.这种纳米多孔TiO2在光降解甲基橙的实验中表现出很好的光催化活性,且随着EDTA-Na2的浓度增大而逐渐增加.     

介孔TiO2-SO2-4的合成及表征

在不使用有机模板剂的条件下,以工业硫酸钛溶液为原料合成了高热稳定的锐钛矿型介孔TiO2-SO2-4. 用X射线衍射、N2吸附、扫描电镜、X射线能谱、傅里叶变换红外光谱和紫外-可见光谱对样品进行了表征,并考察了其光催化性能. 结果表明,硫酸根在焙烧过程中与前驱体介孔偏钛酸孔壁上自由羟基的键合起到了孔结构导向及支撑作用, 500 ℃焙烧后样品仍具有202.2 m2/g的比表面积及2.8 nm的平均孔径. 焙烧产物TiO2-SO2-4中 S = O 的强电子诱导效应不仅使邻近的Ti成为超强酸中心,还使二氧化钛的吸收光谱产生30 nm的红移,光催化活性显著提高.     

基于金纳米颗粒信号放大效应电化学检测DNA聚合酶

基于金纳米颗粒(AuNPs)比表面积大、 尺寸小和能够承载大量DNA片段的特点, 建立了一种免标记、 简便、 快速检测DNA聚合酶Klenow fragment exo-(KF^-)的电化学方法. 首先将巯基化的DNA引物片段修饰在金电极上, 然后加入模板DNA链以及修饰有报告DNA链的金纳米颗粒(AuNPs-DNA), 模板DNA链能同时与DNA引物片段和修饰在AuNPs上的报告DNA链进行互补杂交形成"三明治"结构, 从而将AuNPs-DNA修饰在电极表面; 当加入电活性物质钌铵(RuHex)后, RuHex可通过静电吸附作用结合在DNA上. AuNPs上修饰的报告DNA链能够吸附大量RuHex, 导致电化学信号放大. 当加入脱氧核糖核苷三磷酸(dNTPs)以及KF^-聚合酶后, 引物片段发生延伸反应, 将与模板DNA链杂交的AuNPs-DNA竞争下来, 带走大量的RuHex, 使电信号降低, 从而实现对聚合酶的检测. 实验结果表明, 利用该方法可以检测到5 U/mL的KF^-.     

Ag@AgCl修饰的锐钛矿相TiO2纳米管的制备及其光催化性能

首先采用水热合成法和双氧水处理制备了具有锐钛矿相的TiO2纳米管,然后通过沉淀和光化学反应将Ag@AgCl纳米粒子负载于其上,从而制得TiO2纳米管负载的表面等离子体光催化剂.结果表明,经Ag@AgCl纳米粒子修饰后,锐钛矿相TiO2纳米管因表面等离子共振效应而对可见光具有明显的响应,光生电子-空穴对更容易分离,因而T...     

碳纳米管/TiO_2复合材料的制备及表征研究

采用溶胶-凝胶法和水热合成法,制备出碳纳米管/TiO2(CNTs/TiO2)复合材料。通过X-射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM),紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis),荧光光谱(LS)检测CNTs/TiO2的晶型及形貌。结果表明:锐钛矿相TiO2纳米颗粒负载在碳纳米管的管壁上,CNTs/TiO2在紫外-可见光波长范围均有较好的吸收性能。在灭菌灯照射下,以甲基橙溶液为降解目标,CNTs/TiO2复合材料对甲基橙溶液的降解有高的光催化活性,180 min内降解率达到85%以上。     

染料在纳米TiO2薄膜表面吸附性能的研究

采用溶胶－凝胶法制备纳米TiO2薄膜，并通过吸附染料形成染料／TiO2复合薄膜。分析了染料与TiO2薄膜的相互关系，利用紫外可见、比表面等技术研究染料在纳米TiO2薄膜表面的吸附性能，并计算出TiO2薄膜对染料的最大吸附率。研究表明，染料溶液浓度、温度以及TiO2薄膜浸泡时间对染料吸附量有着显著的影响，染料的吸附性能直接影响着太阳能电池的光电转换效率。     

分级微纳结构TiO2空心球的制备及其在DSSC中的应用

以钛酸四丁酯为钛源,无水乙醇为溶剂,通过碳球模板法制备出直径为200nm、壳厚20～25nm的TiO2空心球（HS）.通过X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）和N2吸附脱附等对产物的形貌、晶相组成、孔结构和紫外-可见光谱性质进行了表征,结果显示所制备的锐钛矿相TiO2空心微球是由初级结构纳米级TiO2晶粒构成的.将这种TiO2空心球应用于染料敏化太阳电池（DSSC）领域可以提高光阳极对光的散射.通过制备P25/HS-TiO2双层膜电极,相比单纯的P25纳米晶电极（Jsc=13.5mAcm？2,Voc=0.653V,FF=0.53,η=4.95%）可以得到更高的光电转化效率（Jsc=15.79mAcm？2,Voc=0.653V,FF=0.55,η=6.66%）.     

La2O3掺杂低温合成介孔锐钛矿相二氧化钛

采用非离子型表面活性剂EO20PO70EO20(P123)为模板剂,钛酸丁酯为钛源,La2O3为促进剂,无水乙醇为萃取剂,使用溶胶-凝胶法合成了具有锐钛矿相介孔结构和高比表面积的纳米TiO2.XRD,BET,IR和HRTEM等表征表明,La2O3的掺杂量对TiO2锐钛矿相的形成具有明显影响,当La2O3掺杂量为0.1%(摩尔分数)时,合成的TiO2锐钛矿相晶型最好,且为介孔结构,孔径大小均一,比表面积达到367.7 m2·g-1.     

一步溶剂热法合成C掺杂介孔TiO_2可见光光催化材料

在无模板剂的条件下,以钛酸四丁酯为钛源,采用一步溶剂热法,在乙醇体系中合成出C掺杂TiO2球状介孔可见光光催化材料.通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、氮气吸附-脱附仪、X射线光电子能谱(XPS)、固体漫反射(UV-Vis)以及光降解罗丹明B实验等对其进行了结构表征和性能测试.实验结果表明,合成样品为锐钛矿晶型,材料表现为由纳米粒子堆积而成的大小均一的球形形貌.TiO2材料的结晶度和粒子形貌大小可以通过乙酸加入量来进行调控,这对于实际应用具有重要意义.同时,通过测试证明样品中的C原子进入TiO2晶格内部,取代了O原子的位置,窄化了TiO2内部的能带结构,从而大大提高了材料的可见光光催化活性,结果证明合成材料对污染物具有很好的吸附性能和光降解性能.     

碱法纳米纤维素模板剂合成介孔TiO2及其性能

以生物可再生资源碱法纳米纤维素为模板剂,TiCl4为钛源,采用液相水解-沉淀法合成了具有介孔结构的TiO2光催化剂,采用透射电镜、X射线衍射、热重差热、低温N2物理吸附-脱附等技术对催化剂进行了表征,并以苯酚为模型物,考察了介孔TiO2的光催化活性.结果表明,所得TiO2催化剂具有良好的孔隙结构,平均孔径6.17nm、比表面积176.3m2/g、平均晶粒尺寸13.5nm.碱法纳米纤维素的加入在一定程度上提高了锐钛矿相向金红石相转变的温度.该TiO2晶粒小、孔隙较多、比表面积大、吸附性能强,因此表现出较高的光催化活性.     

水相一步合成锐钛矿型二氧化钛空心球

报道了水相一步直接合成晶体TiO2空心球的方法. 以水溶性的过氧化钛配合物(peroxo-titanium complex, PTC)为前驱体、聚苯乙烯(polystyrene, PS)球为模板, 在水溶液体系中可直接制备得到锐钛矿型纳米TiO2空心球. 与传统的模板法相比, 模板的包覆、去除及TiO2壳层的晶化等步骤在水相中可一步完成. 利用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)及热重分析仪(TGA)对所合成的纳米TiO2空心球进行了表征, 同时推断了可能的反应机理.