金@氧缺陷二氧化钛核壳纳米颗粒的制备及光催化产氢

通过水解TiCl_3在金纳米颗粒外表生长TiO_2,然后在Ar/H2气氛中高温煅烧成功地合成了核壳形貌的Au@H-TiO_2缺陷结构。采用XRD、TEM、XPS、UV-Vis测试方法对产物的物相结构、形貌及光吸收能力做了系统的分析。与不存在缺陷态的TiO_2和Au@A-TiO_2相比,Au@H-TiO_2表现出最高的产氢速率,这可以归因于其电荷分离效率的提高和电荷转移阻抗的降低,瞬态光电流测试以及电化学阻抗数据证实了这一结论。这些性能的改进可能与Au@H-TiO_2中的Ti~(3+)自掺杂和Au修饰有关。     

双层分等级TiO_2纳米线制备及其光伏性能研究

采用两步溶剂热反应制备了底层为分等级锐钛矿的TiO_2纳米线阵列,上层为分等级锐钛矿的TiO_2纳米线薄膜的双层结构电极.通过XRD和SEM对其组成和形貌进行了表征,并考察了纳米线薄膜对染料敏化太阳电池(DSSC)光伏性能的影响.实验结果表明,分等级锐钛矿的TiO_2纳米线作为DSSC的光阳极,光电转换效率为4.39%,其效率高于光滑的TiO_2纳米线光阳极电池效率(2.07%).     

铜离子配位甲烷氧化菌素功能化纳米金模拟过氧化物酶的研究

合成了纳米金-甲烷氧化菌素(Mb)-铜配合物,该配合物可以作为模拟过氧化物酶用于催化过氧化氢氧化对苯二酚的反应.通过紫外光谱、荧光光谱、红外光谱对纳米金-甲烷氧化菌素(Mb)-铜进行了表征.利用紫外-可见分光光度法研究了配合物催化过氧化氢氧化对苯二酚的动力学.考察了体系p H、体系温度及过氧化氢/催化剂摩尔比对催化反应速率的影响.结果表明纳米金-甲烷氧化菌素(Mb)-铜配合物符合生物催化剂条件影响的一般规律,但比生物酶具有更高的热稳定性.     

基于纳米二氧化钛的光催化自清洁面料研究进展

由于市场需求的多样化,近年来功能性服装已经成为越来越多人的选择。自清洁服装因其具有免洗、节水、节能、环境友好等特点而受到广泛关注。纳米二氧化钛(TiO_2)由于其优异的光致催化降解污染物性能、紫外屏蔽性能以及优异的抗菌性能成为制备多功能自清洁面料的最佳选择。本文介绍了纳米TiO_2的光催化降解污染物、紫外屏蔽和抗菌机理,总结了光催化自清洁面料目前面临的主要问题以及其研究进展,并对光催化自清洁面料的前景进行了展望。     

纳米金-还原氧化石墨烯修饰葡萄糖氧化酶传感器的制备及其电流法检测饮料中的葡萄糖

利用纳米金(Au NPs)与还原氧化石墨烯(rGO)复合纳米材料制备了葡萄糖氧化酶生物传感器并用于饮料中葡萄糖含量的检测。将壳聚糖作为还原剂及稳定剂,通过一步法合成了Au NPs-rGO复合材料,并通过物理吸附固定葡萄糖氧化酶(GOx)来制作GOx生物传感器。该传感器在磷酸盐缓冲溶液(0.1 mol/L,p H6.0)中,-0.45 V(vs.Ag/Ag Cl)电位下电流法检测葡萄糖含量,线性检测范围为0.01~0.88 mmol/L,灵敏度为22.54μA·mmol-1·L·cm-2,检出限为1.01μmol/L,且表观米氏常数为0.497 mmol/L。该传感器用于多种饮料中葡萄糖含量的直接检测,结果满意。     

PDMS-Au复合基底上多环芳烃分子的表面增强拉曼光谱

利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)对有机物的富集功能,通过在金纳米粒子单层膜(Au MLF)表面旋涂薄层PDMS膜制备PDMS-Au MLF复合表面增强拉曼光谱(SERS)基底.研究了SERS增强性能与旋涂液浓度及稀释溶剂间的关系,考察了复合基底增强活性的均匀性.研究发现,采用叔丁醇为稀释溶剂,浓度为2%(质量分数)的旋涂液时所得复合基底表面多环芳烃(PAHs)的SERS信号强度最高,且此基底SERS信号强度偏差小于10%.分别以PDMS-Au MLF复合材料和Au MLF作为基底,对比研究了对萘、蒽、菲和芘4种多环芳烃的SERS检测能力.结果表明,PDMS-Au MLF复合基底对以上4种有机物的检出限分别为10~(-6),10~(-7),10~(-8)及10~(-7)mol/L,相比于单一Au MLF基底,其检测限至少降低了1个数量级,这主要源自于PDMS对PAHs的富集作用,且此类复合基底可用于多种多环芳烃混合物的特征识别.     

S掺杂的还原态TiO2-x的制备及其可见光催化性能

作为一种稳定、价廉的光催化剂,TiO2被广泛应用于各种污染物的降解;但是,较大的宽禁带(~3.2 eV)和较低的电子迁移率不仅使TiO2很难吸收可见光,而且光生电子和空穴的复合几率高,从而导致TiO2的总体光电效率不高.因此,设计能够被可见光激发、并具有快速光生电子传输的TiO2一直是研究热点.研究表明,Ti3+自掺杂的TiO2(还原态TiO2-x)不仅能够被可见光激发,而且使TiO2具有良好的电子导电性,从而有利于提高TiO2的光电转换效率.另外,非金属元素的掺杂能够减小TiO2的禁带宽度,使TiO2能够响应可见光并具有良好的可见光催化性能,其中S元素的掺杂被广泛研究.目前,S掺杂纳米TiO2的制备通常采用TiS2,单质S,硫脲、二甲亚砜等为S源,但这类原料通常价格昂贵或者具有一定的毒性,因而实际应用受到限制.而制备Ti3+自掺杂TiO2的方法大都是基于"还原法",在真空或强还原性气氛如H2,CO中加热TiO2,或采用高能粒子(电子、氩离子)轰击.在实际应用中,这些方法存在步骤多、条件苛刻、反应时间长和设备昂贵等不足.而且,还原法反应通常发生在颗粒的表面,形成的Ti3+很容易被空气和水中的溶解O2氧化,降低材料的稳定性.虽然在温和的液相中还原Ti4+可用于制备Ti3+掺杂的TiO2,但是由于反应过程中有副产物生成,需要进行后续处理才能得到纯的Ti3+自掺杂TiO2.因此,设计一种简单的制备S掺杂还原态TiO2-x光催化剂仍具有十分重要的意义.前期我们采用H2O2氧化TiH2得到不同状态的前驱体凝胶,然后进行不同方式的后处理得到Ti3+自掺杂的纳米TiO2.本文以TiH2和H2O2反应得到的黄色前驱体凝胶为Ti源,以价格低廉、无毒、稳定的二氧化硫脲为S源和还原剂,采用不同的方法制备了S掺杂的还原态TiO2-x光催化剂.本文初步研究了在凝胶中加入二氧化硫脲后进行水热处理,以及将干燥的凝胶粉末与二氧化硫脲混合热处理对所得产物的影响.并与纯的TiO2、还原态TiO2-x和S掺杂TiO2的光吸收、电化学、光催化性能进行对比研究.采用X射线衍射、透射电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、X-射线光电子能谱、紫外-可见漫反射光谱、比表面分析和电化学工作站等技术对产物的结构、形貌和光电性能进行了表征.以罗丹明B(RhB)溶液为模拟废水,考察样品的可见光催化性能.结果表明,不同的后续处理方式不仅影响S掺杂TiO2-x的结晶性和形貌,而且影响产物的光吸收性能和电子传输性能,从而使不同条件下所得产物的可见光催化性能不同.其中,采用热处理方式得到的S掺杂TiO2-x样品在可见光下降解RhB的速率分别是纯的TiO2,TiO2-x和S掺杂TiO2的31,2.5和3.6倍,而且样品具有良好的循环稳定性.     

TiO2@Ag修饰的粉煤灰微集料增强水泥基材料光催化性能

自清洁和空气净化能力是绿色建筑发展的两个重要方向,它们不仅使建筑体向功能多样化方向发展,而且为新材料的应用提供了平台.因与大量城市环境污染物(氮氧化物,挥发性有机化合物等)直接接触,具有空气净化能力的光催化水泥基材料引起了人们广泛关注.在过去几十年里,通过使用直接喷洒到浆体表层或与水泥原材料预先共混的方法,国内外已相继将TiO2光催化材料应用到了一些实际工程中.但TiO2光催化剂在水泥基材料中高效和稳定发挥其性能仍需解决两个关键问题:(1)它在水泥基体中分散性和效能耐久性问题;(2)其量子效率和对可见光利用率问题.对于后者,目前的材料制备与改性方法,如金属、非金属改性等已能获得量子效率和可见光活性都较好的TiO2类光催化材料.研究表明,水泥水化产物(氢氧化钙、C-S-H凝胶等)的包覆、后期碳化所致气体和光线扩散孔隙的降低是导致TiO2光催化剂在水泥基材料中耐久性和利用率差的可能原因.我们前期报道了一种将纳米TiO2催化剂预先负载到水泥基材料用的多孔粗集料表面,然后将负载型催化剂整体引入到水泥基体中的催化剂应用方法,发现该法能有效提升TiO2催化剂在水泥基材料中的催化效率和耐久性.微米级活性粉煤灰具有良好的水泥基材料兼容性,通过采用简单的碱激发手段,可形成孔径小于50 nm的介孔和微孔类沸石材料,从而影响光催化材料的催化性能.因此,基于粉煤灰的特征,为了进一步提高TiO2催化剂在水泥基材料中的应用效率和催化耐久性,我们采用碱激发法获得了大比表面和介孔结构的沸石类粉煤灰材料,将其用于负载纳米TiO2催化剂,然后引入到水泥基体中,制备了沸石类粉煤灰/TiO2光催化水泥基材料,同时研究了光还原Ag修饰对沸石类粉煤灰/TiO2光催化水泥基材料的催化性能影响及其催化耐久性.结果表明,具有分级孔结构的沸石粉煤灰载体可有效提升纳米TiO2光催化剂在水泥基体中的暴露度,同时还增加了其对气相苯(200×10–6初始浓度)的光催化去除能力.最佳Ag修饰量(1.4×10–4 wt%)沸石类粉煤灰/TiO2光催化水泥样品对气相苯的光催化伪一级反应速率常数达到9.91×10–3 min?1,分别是沸石类粉煤灰/TiO2光催化水泥样品和纯TiO2光催化水泥样品效能的3和10倍.光催化稳定性结果发现,在3次催化循环后,样品对气相苯的光催化去除率仍能达到96.3%(180 min).考虑到水泥基材料碳化是影响光催化剂使用耐久性的一个关键因素,我们还评估了沸石类粉煤灰/TiO2光催化水泥样品28 d加速碳化后的光催化性能.结果表明,经过加速碳化后,样品对气相苯光催化去除率只降低了11%,相比于同条件下纯TiO2水泥样品性能,其催化耐久性显著提高,表明沸石类粉煤灰载体可有效提升TiO2在水泥基体中的催化耐久性.这可能是由于其高孔隙特性可降低周围水泥水化产物的形成量,如高钙/硅比C-S-H凝胶及氢氧化钙结晶,进而降低了这些水化产物碳化所带来的影响.     

基于纳米金与纳米银簇间表面等离子增强能量转移效应特异性检测microRNA

microRNAs(miRNAs)的灵敏检测对临床诊断具有十分重要的意义.本研究采用偶联DNA聚合酶和核酸内切酶介导的恒温扩增反应实现靶标循环再生的策略,利用纳米金(AuNPs)与纳米银簇(AgNCs)间表面等离子增强能量转移效应,开发了一种miRNA定量检测方法.在AuNPs表面组装两种探针(Probe a和Probe b)制备响应元件Probe b-Probe a-AuNP,其中Probe a通过3′端巯基共价偶联到AuNPs表面,此外具有靶标miRNA互补序列、核酸内切酶酶切序列和Probe b互补序列,Probe b为荧光AgNCs合成模板.靶标miRNA存在时,启动酶级联恒温扩增反应,导致Probe b脱离AuNPs表面,抑制了Probe b为模板合成的AgNCs与AuNPs间表面等离子增强能量转移效应,使得反应体系荧光信号增强.本方法的检出限为2.5×10-11 mol/L,与miRNAs商业化检测试剂盒相比,避免了逆转录反应,而且操作简单,检测成本低,可应用于生物样本中miRNAs分析.     

基于光子晶体带边效应的表面增强拉曼基底

将光子晶体的带边效应与金纳米粒子的拉曼散射增强作用相结合,制备了一种新型光子晶体表面增强拉曼散射基底(PC-AuNPs),利用罗丹明B(RhB)作为报告分子,对所得基底性能进行检测.PC-AuNPs基底的制备包括3个步骤:在SiO2微球表面修饰氨基,再通过垂直沉降自组装得到蛋白石结构光子晶体(PC), 最后, 在光子晶体表面负载金纳米粒子(AuNPs).结果表明,光子晶体的带隙范围及AuNPs的负载量直接影响了PC-AuNPs基底的检测效果;以所得的PC-AuNPs基底测定RhB分子,其拉曼散射特征峰强度与浓度对数值呈现良好的线性关系,线性方程为I=1711lg[RhB(mol/L)]+15244,线性相关系数R2=0.9994,检出限为1×10-8 mol/L,表明此PC-AuNPs基底可用于目标物的定性及定量检测.本方法提高了传统拉曼散射光谱检测灵敏度,操作简单,具有良好的重现性,可为其它新型检测基底的制备提供.