三缺位硅钨酸盐纳米材料的调控形貌的合成及功能化

以三缺位Keggin型硅钨酸盐为前驱体,采用化学沉淀法成功合成出2例新型纳米材料M_3SiW_9(M=Cu.,Co.)。其中,Cu_3SiW_9表现为新颖的纳米晶须形貌,Co_3SiW_9表现为尺寸均一的球形纳米颗粒。经过一系列控制实验证明,通过掺杂不同类型的金属离子可以调控M_3SiW_9的形貌。我们对产生该现象的机理进行了合理推测。此外,使用荧光素钠作为掺杂剂可使Cu_3SiW_9纳米晶须具有优良的光致发光性能,测试表明,多酸并未淬灭荧光素钠的发光,复合材料在510 nm具有明显的发射波长。最后,我们对Cu_3SiW_9纳米晶须负载CdS量子点后的光催化产氢性质进行了研究。结果表明,当Cu_3SiW_9与CdS的质量比为1∶1时,复合材料的产氢效率约为纯CdS量子点的10倍。这也证实多金属氧酸盐的存在可以有效抑制CdS量子点光生电子与空穴的复合,从而大幅提高其光解水产氢的效率。     

SiNWs:Tb3+的光学稳定性及Si纳米线对其发光特性的影响

荧光纳米材料不但具备纳米材料的优势，同时还具有优异的光学性质，被广泛应用于荧光标记、离子识别、荧光免疫分析、光学成像和医学诊断等方面。因此，荧光纳米材料的制备、结构分析和荧光特性等方面的研究备受人们的关注。为了获得发光强度大、荧光量子效率高和制备过程可控的Si基荧光纳米材料，实验进一步研究了Si纳米线对样品发光特性的影响和样品的光学稳定性。首先，基于固-液-固生长机制，在反应温度为1 100 ℃、N₂气流量为1 500 sccm、生长时间为15～60 min等工艺条件下，分别以“抛光”和“金字塔”织构表面的单晶Si(100)为衬底，生长出不同长度和分布的Si纳米线；以Au或Au-Al合金膜层作为金属催化剂，生长出密度分别约为108和1010 cm-2的Si纳米线；然后，利用L4514自动控温管式加热炉，基于高温固相法，在温度为1 100 ℃、掺杂时间为60 min和N₂气流量为1 000 sccm等工艺条件下，以高纯Tb₄O₇(99.99%)粉末为稀土掺杂剂对不同Si纳米线衬底进行稀土掺杂，制备一系列的荧光纳米材料SiNWs:Tb3+样品；室温下利用Hitachi F-4600型荧光分光光度计，固定激发光波长为243 nm、激发光狭缝为2.5 nm、发射光狭缝为2.5 nm、扫描波长范围为450～650 nm、光电倍增管(photomultiplier lube, PMT)电压为600 V等参数下，测量了不同样品的光致发光特性；最后，实验测试了该荧光纳米材料的光学稳定性，如时间(0～30 d)、温度(300～500 K)、酸碱(pH 1和11)、抗光漂白(0～120 min)等稳定性以及水溶性和分散性。结果显示，在衬底为“金字塔”织构表面上、生长时间为30 min、以Au为金属催化剂等条件下制备的Si纳米线为Tb3+掺杂衬底时，SiNWs:Tb3+的绿光发射强度较大，其发光强峰值位于554 nm，属于能级5D₄→7F₅的跃迁，另外在波长为494，593和628 nm出现了三条发光谱带，它们分别属于能级5D₄→7F₆，5D₄→7F₄和5D₄→7F₃的跃迁。另外，样品展示出了优异的时间、温度、酸碱和抗光漂白等光学稳定性，同时还具有良好的水溶性和分散性。如温度升高到500 K时，光发射强度仅降低了约8.9%左右；抗光漂白能力较强，用波长为365 nm、功率为450 W的紫外光源照射120 min，样品的绿光发射强度无衰减；酸、碱稳定性好，在pH 1的强酸(HCl)溶液中120 min未见衰减，在pH 11的强碱(NaOH)溶液中15 min内衰减较小, 随后发光强度出现了缓慢下降的趋势；当60 min后，样品的发光强度变得极其微弱。分析认为，在SiNWs:Tb3+表面有一层SiO₂包覆层，而NaOH溶液容易和SiO₂发生化学反应，随着时间延长SiO₂层被破坏，故样品发光强度降低；样品溶于水中放置30 d未见沉淀物，发光亮度均匀且分散性较好。在研究了制备温度、气体流量和掺杂时间等工艺条件之后，深入研究了Si纳米线自身变化对Tb3+绿光发射的影响。该材料展示出了良好的光学稳定性、水溶性和分散性，使其作为荧光标记物具有一定的应用价值。     

脂质体@Ag/Au中空纳米壳层材料的制备及与H2O2的作用

以脂质体作为模板, 通过化学还原法制备了脂质体@Ag/Au 中空纳米材料, 并研究了其与过氧化氢(H₂O₂)的作用. 利用透射电子显微镜(TEM)、 紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱和表面增强拉曼光谱(SERS)对纳米材料进行了表征. 在过氧化氢和纳米材料存在的情况下, 加入3,3 ',5,5'-四甲基联苯胺(TMB)作为显色液, 无色的TMB被氧化成蓝色的氧化TMB(oxTMB), 可以检测到反应后oxTMB在652 nm处的特征吸收强度及其拉曼光谱的变化. 实验结果表明, 当过氧化氢浓度在15100 μmol/L 范围内, oxTMB的特征吸收强度与其浓度呈线性关系, 可实现对过氧化氢的微量检测, 检测限为0.5 μmol/L.     

硫化镉反蛋白石光子晶体制备及光解水制氢

对硫化镉反蛋白石结构光子晶体薄膜进行了可控合成,用巯基乙酸修饰的纳米晶和P(St-MMA-SPMAP)高分子小球共组装,成功地构筑了反蛋白石结构并用于可见光光解水产氢。结果表明,在可见光(λ≥420 nm)照射下,Cd S-310反蛋白石结构薄膜的光解水产氢性能比硫化镉纳米颗粒提高了一倍。这主要是因为等级孔结构反蛋白石光子晶体特性对催化剂的光催化性能的提升:首先,反蛋白石的周期性结构增加了光子在材料中的传播,提高了催化剂对太阳光的利用率;同时,大孔孔壁是由纳米颗粒堆积而成的,在反应中提供了更多的反应活性位点;此外,孔结构有利于物质的传输和分子的吸附。     

纳米光学传感器用于检测汞离子

汞离子是毒性最大的重金属之一,对环境和人体都会造成严重的不良影响,开发能够快速检测环境中汞离子的分析方法引起了越来越多的关注。纳米材料由于其优良的光学性能和良好的稳定性,被广泛用于环境中汞离子的检测。本文主要综述了近年来一些代表性的基于纳米材料的汞离子荧光、比色传感器。根据纳米材料的不同,将这些传感器分为基于金、银、碳和硅基材料,以及量子点、有机纳米颗粒和其他纳米基材料的荧光、比色传感器,并分别从设计原理、识别性能和实际应用等方面对这些传感器进行了描述和讨论。最后对该领域的研究和发展提出了展望。     

高中化学创新实验课程的设计与实施*

将学生所学的化学理论知识与生活实际和学科最前沿的研究热点相结合,开发并实施了 “氢氧化镁纳米材料的制备及其在处理重金属废水中的应用” 创新实验课程。该课程通过文献调研、方案设计、实验操作、结果与讨论以及论文撰写等环节,激发学生的创新潜能,系统培养学生的创新综合素质和责任意识,这有助于更好地达成化学学科核心素养。     

二维纳米材料异质结构的原子间相互作用模型

近些年二维纳米材料得到了大量的研究,其中一个热点研究方向是将不同的二维纳米材料堆垛成纳米异质结构,从而实现多功能的纳米器件.这些二维纳米材料可以从面外和面内两个方向上进行堆垛从而形成两类不同的异质结构.在关于这类二维纳米材料及其异质结构的理论研究中,原子间的相互作用起到类似于连续介质力学中本构关系的作用.因此学者提出了多种方案用于描写原子间相互作用,主要包括第一性原理计算和经验势能模型等.本文主要是对比和分析各种描写二维纳米材料及其异质结构的常见经验势能模型,从而为研究人员选择相互作用模型提供一些参考.      

基于无机纳米材料的抗菌抗病毒功能涂层和薄膜

COVID-19在全球的大流行对人类的健康生活和社会的正常运行都造成了严重的危害. 阻断致病微生物通过受污染表面与人类间接接触传播, 或者避免与其直接接触是保护我们免受伤害的主要方法. 目前的解决措施包括设计开发抗菌抗病毒表面涂层和研发由自清洁薄膜或织物制成的个人防护设备. 综述了近年来几种研究广泛的金属、金属氧化物、金属有机框架材料等用于抗菌抗病毒涂层或薄膜的工作, 对其作用机制和微生物灭活效果进行了总结讨论, 并且评估了其本身的毒性以及实际应用的局限性, 最后就抗菌抗病毒涂层和薄膜开发的挑战和新兴研究方向提出了未来展望.     

寡肽自组装纳米材料研究进展

肽类自组装是自然界普遍存在的分子自组装现象之一,研究其自组装行为对理解生命现象、仿生制备以及构建功能材料等具有重要的意义.寡肽由于合成简单,结构组成明确,同时具有良好的生物相容性、可控的降解性,其组装体在药物/基因控制释放、细胞培养、组织工程支架材料及生物矿化等领域具有很大的应用前景.本文概述了近年来寡肽自组装的研究进展,系统介绍了线性和环状寡肽的分子结构设计、自组装体形貌及组装机理以及组装体在生物医学等领域的应用.     

体内自组装多肽纳米材料及其在肿瘤诊疗中的研究进展

多肽纳米药物由于具有易于设计改造、良好的靶向性、生物相容性和较长的血液循环时间等优势,在生物医学与肿瘤诊疗中具有巨大的潜力.近年来,利用肿瘤微环境原位构建多肽纳米材料的策略已被广泛研究,本文综述了多肽纳米材料通过不同的刺激响应(pH、酶和氧化还原等)实现体内自组装,从而对肿瘤的诊断与治疗产生的积极效果.重点阐述了不同的刺激响应型自组装多肽纳米材料的设计合成及其在肿瘤诊疗中的应用,如对于药物递送系统中的药物富集、渗透和内吞等过程的增强作用,同时简单介绍了其在生物成像上的应用,最后对体内自组装多肽纳米材料的未来发展进行了展望.