纳米材料-蛋白质界面相互作用的分子机制

纳米材料由于其优异的性能在化工、电子、机械、环境、能源、航天等各个领域已经得到了广泛的应用,并且在生物医学方面的应用越来越受到重视。纳米材料-蛋白质界面相互作用是纳米生物医学领域重要的科学问题,对于纳米材料的生物医学应用以及生物安全性评价至关重要。蛋白质分子与纳米材料在界面的相互作用,一方面可以诱导蛋白质的构象、组装结构甚至功能的改变,另一方面可以引起纳米材料的表面亲疏水性、电荷性质等表面物理化学性质的改变。基于蛋白质与纳米材料相互作用检测技术及结果,本文从分子水平阐述了纳米材料与蛋白质分子在界面之间的相互作用机理及相应的结构与性质的变化,从而可以深化对两者之间复杂的相互作用机制的理解,对于推进纳米材料在生物医学的应用及健康、安全、持续发展具有重要意义。     

纳米材料的毒理学研究进展

在过去的几十年时间里,纳米材料已经被广泛运用到美容、食品、工程、医疗等领域.伴随着纳米材料的普及,这些材料对人体、环境展现出的毒理特征也逐渐引起了人们的关注.本文就纳米材料进入人体的传播途径(皮肤传递、呼吸和消化系统)、纳米材料对机体的毒性、纳米材料的理化性质(尺寸、形状、表面修饰、表面电荷)对纳米材料毒理性的影响以及现有的纳米毒理学研究方法进行概括与总结.该论述可为国内纳米材料研究工作者提供参考与借鉴.     

CdS/ZnO异质结构材料的光生电荷性质

本文制备了CdS/ZnO异质结构材料, 并以此为模型体系, 利用表面光伏技术研究了其光电性质, 结果表明, 利用表面光伏相位谱和瞬态光伏技术可以更进一步了解异质界面的光生电荷行为.     

人工碳纳米材料的环境转化及其效应

近年来,人工碳纳米材料在诸多领域都显示出了广泛的应用前景,而碳纳米材料产量和使用量的大幅增加也使其环境行为与效应受到关注。碳纳米材料进入环境后,可发生复杂的物理、化学和生物转化,导致其表面电荷、疏水性及表面官能团等理化性质发生显著改变。碳纳米材料的环境转化一方面可导致其胶体稳定性、迁移能力和生物效应发生改变,另一方面可显著影响其富集、输送和转化环境污染物的能力,因此,环境转化决定了碳纳米材料的环境行为及其效应。本文总结了近年来有关人工碳纳米材料环境转化及其效应的主要研究成果,探讨了环境转化影响碳纳米材料环境行为与效应的关键机制和构效关系。     

环境中纳米材料的分离与分析方法

随着纳米科技的发展和纳米材料的广泛应用,进入环境中的纳米材料必将随之增加。由于纳米材料可能对生态环境和人体健康带来潜在的危害,了解环境中纳米材料的浓度水平和行为有助于正确认识和评价纳米材料的环境风险,并做出相应的防治对策。然而,纳米材料所具有的诸多特殊性质直接影响它们的环境行为和生态毒性,因此,环境中纳米材料的分析不仅包括浓度的定量测定,还包括对其组成、粒径和表面电荷等性质的表征,是一项具有挑战性的工作。本文综述了近年来关于环境纳米材料分离、表征及检测的相关手段和方法,重点包括场流分离、色谱分离和电泳分离在纳米材料分离以及显微和谱学技术在纳米材料分析中的应用;提出了一些思考和展望,希望能够增进对环境中纳米材料分离和分析方法的了解,有助于纳米材料环境分析方法的建立和推动纳米材料环境行为和生态毒理研究的进一步规范。     

电化学方法调控荧光碳点的研究

作为零维碳基发光纳米材料,碳点是对现有发光纳米材料的重要补充. 精准控制粒径及表面结构对实现碳点的性质调控及其应用至关重要. 本文介绍了本课题组在利用电化学方法研究荧光碳点方面的进展. 重点展示了利用电化学方法实现对碳点粒径的控制,对表面氧化程度的调节以及对其发光机理的研究. 电化学方法可对只有几纳米厚度的材料表面进行有效的控制,可操作性强且经济环保. 通过对碳点的粒径及表面的调控,作者也进一步揭示了碳点的发光与表面结构的相关性. 这些工作为碳点的合成及其性质调控提供了可循的规律,有利于推动碳点在生物医生成像、传感检测、催化及能源转化等领域的应用.     

电解质对纳米银胶水溶液光谱行为的影响

纳米粒子因为具有量子尺寸效应和表面效应等特性而显示出体相材料不具备的各种性质[1] .贵金属纳米材料因其特有的光电磁性质、催化特性以及在微电子学领域中的潜在应用前景而成为纳米材料科学领域中的热点之一 [2～ 4 ] .纳米银胶粒子的表面性质对材料的性质和应用具有重要影响 .常用谱学手段研究纳米银胶的表面特性[5～ 7] .纳米银胶颗粒表面电子云的等离子体共振效应导致了银胶在紫外 -可见光谱上的特征吸收 ,而且吸收峰的峰形会受纳米银胶粒子的大小、分散溶剂及表面吸附分子等因素的影响 [8,9] .Arnim Henglein等 [9～ 11]系统研究了…     

表面活性剂组装的Y2O3∶Eu纳米管及其位置选择光谱

利用表面活性剂为模板, 通过自组装制备出了具有管状结构的Y2O3∶Eu纳米材料. 透射电子显微镜证实了管状结构的形成. 在紫外光的激发下, Y2O3∶Eu纳米管表现出与纳米颗粒不同的发光性质. 由电荷迁移带和低温下的激光选择激发光谱可以推测, 处于纳米管壁内部的发光中心具有较为确定的格位对称性, 其发射光谱具有清晰的光谱结构. 由于表面缺陷的存在, 纳米管壁近表面的Eu3+离子处于较为复杂的微环境中, 其发射光谱表现为非均匀展宽的光谱线形.     

不同表面电荷的纳米CeO_2的合成及表征

纳米毒理学研究中,纳米材料在暴露介质中的稳定悬浮是确保实验结果具有可重复性的关键。采用沉淀法合成了粒径为6.8±0.9 nm的CeO_2纳米颗粒(nCeO_2),再经壳聚糖(Cs)或聚丙烯酸(PAA)修饰后分别得到表面电荷为正的Cs-nCeO_2纳米颗粒和表面电荷为负的PAA-nCeO_2纳米颗粒。红外光谱结果表明原始CeO_2纳米颗粒表面成功修饰了有机基团。TEM观察发现, Cs-nCeO_2和PAA-nCeO_2与原始的nCeO_2形状相似,粒径均匀。在植物培养常用的霍格兰氏(Hoagland′s)营养液中,两者均能保持原有的电荷性质及水合粒径,且能稳定存在至少30 d。     

毛细管电泳在纳米粒子分离和性质表征中的应用进展

毛细管电泳方法被成功用于分离性质不同的纳米粒子,并且可对纳米粒子的表面zeta电势、等电点及表面电荷等表面性质进行表征.本文综述了毛细管电泳法在纳米粒子的分离分析以及其表面性质研究中的应用进展.     

纳米TiO2的光生电荷迁移特性研究

利用场诱导光电压谱(简称FISPS)和瞬态光伏(简称TPV)技术研究了TiO₂的光生电荷的产生和传输机制.发现光生电荷在体块TiO₂上的迁移机制不同于在纳米TiO₂上的迁移机制，也不同于在结界面空间电荷区的迁移机制. 400 ℃处理的TiO₂颗粒表面具有大量的表面态，光生电荷被表面态捕获-释放机制控制着光伏行为的过程是慢过程. 800 ℃处理的TiO₂已经形成了完整的能带结构，光伏响应除了表现带-带跃迁外,还有一个在带边的自由激子带，光生电荷被表面自建场驱动进行传递的过程是快过程. 600 ℃处理的TiO₂混晶由锐钛矿型和金红石型两种构型组成，在两相之间存在着较低势垒的结界面．它的光伏响应受控于两种机制 ：光生电荷在两相间结界面空间电荷区的传输和在表面自建场驱动下的传输.当激发光强较小时，界面空间电荷区的光生电子由于积累的浓度较小而不能隧穿过结界面，这种场助隧穿只有在外场作用下才能发生.     

热处理对TiO2纳米管结构相变的影响

TiO₂纳米管为无定形结构,焙烧后则由无定形转变为锐钛矿型,纳米管的管状结构被破坏,晶型转变是TiO₂纳米管的管状结构破坏的根本原因.经热处理,原来的TiO₂纳米管部分转变为长棒状的金红石型晶柱结构,而原料TiO₂在较大温度范围内焙烧均未出现长棒状晶柱结构;TiO₂由A→R的相变温差很大,TiO₂纳米管的A→R相变温度比原料约低350℃;合成的TiO₂纳米管的比表面积和孔体积很大.     

焙烧温度对TiO2-ZrO2复合氧化物性质及其对十八醇脱水制十八烯反应性能的影响

通过在ZrO_2中掺杂TiO_2,并在350-500℃下焙烧,制备了系列TiO_2-ZrO_2复合氧化物催化剂,将其应用于十八醇脱水制十八烯反应。随焙烧温度的升高,催化剂表面的Lewis酸性位量逐渐增加,450℃焙烧的催化剂Lewis酸性位量最多,焙烧温度继续升高则Lewis酸性位量降低;催化剂中未发现Br?nsted酸性位。焙烧温度≤400℃的TiO_2-ZrO_2复合氧化物形成Ti-O-Zr键,呈无定形态;焙烧温度400℃的TiO_2-ZrO_2复合氧化物呈单斜相和四方相ZrO_2晶型。晶相结构和酸性位量综合影响催化剂的十八醇脱水性能,具有单斜相和四方相ZrO_2晶型的催化剂上酸性位活性很低,具有无定形相的催化剂上酸性位活性显著增加,400℃焙烧的催化剂1-十八烯收率最高。     

Effects of Annealing Temperature on Microstructure and Electrochemical Properties of Perovskite-type Oxide LaFeO3 as Negative Electrode for Metal Hydride/Nickel(MH/Ni) Batteries

We reported the effects of annealing temperatures on microstructure and electrochemical properties of perovskite-type oxide LaFeO₃ prepared by stearic acid combustion method. X-Ray diffraction(XRD) patterns show that the annealed LaFeO₃ powder has orthorhombic structure. Scanning electron microscopy(SEM) and transmission electron microscopy(TEM) images show the presence of homogeneously dispersed, less aggregated, and small crystals(30-40 nm) at annealing temperatures of 500 and 600℃. However, as the annealing temperature was increased to 700 and 800℃, the crystals began to combine with each other and grew into further larger crystals(90-100 nm). The electrochemical performance of the annealed oxides was measured at 60℃ using chronopotentiometry, poten-tiodynamic polarization, and cyclic voltammetry. As the annealing temperature increased, the discharge capacity and anti-corrosion ability of the oxide electrode first increased and then decreased, reaching the optimum values at 600℃, with a maximum discharge capacity of 563 mA·h/g. The better electrochemical performance of LaFeO₃ annealed at 600℃ could be ascribed to their smaller and more homogeneous crystals.     

TiO2-HNbMoO6复合材料的结构特征及其光催化性能

通过插层-柱撑的方法制备了新型的复合材料TiO₂-HNbMoO₆。采用粉末X射线衍射(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、激光拉曼光谱(LRS)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱(UV-VisDRS)及H₂程序升温还原(H₂-TPR)等技术对样品的相结构和它的微结构、骨架特征及光谱响应特性以及分散相粒子与片层间的相互作用进行表征,利用N₂吸附-脱附法对样品的比表面积进行了表征,并通过模拟太阳光降解有机染料亚甲基蓝(MB)溶液考察复合材料的光催化活性。结果表明, HNbMoO₆与TiO₂复合后样品层间距增大,但无TiO₂晶相生成,主体材料中的Nb―O键和客体材料中的Ti―O键复合前后发生明显变化等,证明了TiO₂在HNbMoO₆层间高度分散,并呈现明显的相互作用。复合后样品比表面积是本体材料的4倍有余,禁带宽度变窄,它在吸附和模拟太阳光照射下催化降解MB中的优越的活性都是主客体间明显的协同效应的结果。     

ESR investigation into the effects of heat treatment and crystal structure on radicals produced over irradiated TiO2 powder

Electron spin resonance measurements were carried out at 77 K under irradiation for anatase TiO₂ powders treated by heating at various temperatures in the air. For the untreated powder photoproduced holes were trapped at the surface forming Ti⁴⁺O⁻Ti⁴⁺OH⁻ radicals, while, for the heated powder, they were trapped as Ti⁴⁺O²⁻Ti⁴⁺O⁻ radicals at the surface. Photoproduced electrons were trapped as Ti³⁺ at the desorption of surface hydroxyl groups and the change in the surface accompanied by the crystalline growth. No photoproduced radicals were detected for rutile TiO₂ powder, which may explain the low photocatalytic activity of this crystalline structure.     

Si掺杂TiO2催化剂的结构与可见光催化活性研究

采用溶胶-凝胶法制备出Si⁴⁺离子掺杂的TiO₂可见光催化剂 (TiO₂-xSi),该催化剂的可见光催化活性高于纯TiO₂和N掺杂的TiO₂(TiO₂-N).利用XRD、XPS、FT-IR和UV-Vis DRS等表征技术,研究了TiO₂-xSi催化剂的晶体结构、能带结构和表面性质.研究发现:掺入Si⁴⁺离子在TiO₂粒子表面主要形成Ti-O-Si结构,并在导带下0.2-0.6 eV区域形成表面态能级,该表面态能级的存在是催化剂产生可见光响应、实现可见光催化的根本原因.另外,讨论了Si⁴⁺离子的掺杂对金红石相和晶粒的生长抑制作用,以及催化剂的比表面积和表面羟基物种增加对可见光催化活性的影响.     

ZnO/Cu2O异质结中深能级表面光伏特性

采用恒电压沉积法在导电玻璃(FTO)上制备了具有三棱柱金字塔状的ZnO/Cu2O异质结薄膜. 利用场发射扫描电镜(FESEM)与X射线衍射仪(XRD)对薄膜的微观形貌和晶体结构进行了表征. 利用表面光电压谱(SPS)、场诱导表面光电压谱(FISPS)和相位谱(PS)研究了单一Cu2O与ZnO/Cu2O异质结薄膜的表面光伏性质. 结果表明, 与单一Cu2O薄膜相比, ZnO/Cu2O异质结薄膜的光伏响应范围拓展到了600~800 nm. 根据SPS, FISPS和PS的作用原理, 拓展部分的光伏响应归因于ZnO/Cu2O异质结中Cu2O层的深能级跃迁, 该跃迁在ZnO-Cu2O界面电场(方向由ZnO指向Cu2O)的作用下得到加强, 同时深能级跃迁产生的电子-空穴对在ZnO-Cu2O界面电场的作用下得到了有效分离和传输.     

Effect of Nanoparticle Size on Gas-sensing Properties of Tin Dioxide Sensors

Sn(OH)₄ was prepared by the conventional solution precipitate method, followed by supercritical CO₂ drying. The resultant Sn(OH)₄ was divided into three aliquots and calcined at 400, 600 and 800℃, respectively, thus SnO₂ nanoparticles with average crystallite sizes of 5, 10 and 25 nm were obtained. Furthermore, three SnO₂ thick film gas sensors(denoted as sensors S-400, S-600 and S-800) were fabricated from the above SnO₂ nanoparticles. The adhesion of sensing materials on the surface of alumina tube is good. Compared to the sensors S-600 and S-800, sensor S-400 showed a much higher sensitivity to 1000 μL/L ethanol. On the other hand, sensor S-800 showed a much lower intrinsic resistance and improved selectivity to ethanol than sensors S-400 and S-600. X-Ray diffraction(XRD), transmission electron microscopy(TEM) and selective area electron diffraction(SAED) measurements were used to characterize the SnO₂ nanoparticles calcined at different temperatures. The differences in the gas sensing performance of these sensors were analyzed on the basis of scanning electron microscopy(SEM).