酶功能化聚多巴胺包覆纳米普鲁士蓝的制备及电化学分析应用

在纳米金表面原位沉积普鲁士蓝,然后在核壳结构纳米金-普鲁士蓝的表面包覆一层易氧化聚合的多巴胺保护膜,利用多巴胺聚合表面残留的大量氨基和羟基进一步将纳米铂粒子修饰于聚多巴胺膜表面制得普鲁士蓝-聚多巴胺-纳米铂多层纳米复合材料。将此复合材料修饰于金电极表面,协同使用辣根过氧化物酶用于H_2O_2浓度的检测。结果表明:聚多巴胺的引入有效增加了普鲁士蓝的稳定性,增大了纳米铂的负载量以及辣根过氧化物酶的生物活性;由于普鲁士蓝、纳米铂和辣根过氧化物酶的多重信号放大作用,酶功能化纳米复合材料修饰电极对H_2O_2表现出良好的电还原活性。优化条件下,对H_2O_2的检测范围为2.0×10~(-7)~1.0×10~(-3)mol·L~(-1),检出限(S/N=3)为1.2×10~(-7)mol·L~(-1)。     

胶体化学综合性实验:纳米普鲁士蓝的合成与性质研究

在创新教育背景下,将前沿科学研究成果引入低年级工科大学无机化学或物理化学实验教学课堂中,设计纳米普鲁士蓝胶体合成与性质的教学实验。通过本实验学习,学生可以掌握共沉淀法制备纳米普鲁士蓝胶体,熟悉胶体的分散性质以及稳定性的调控方法,了解纳米普鲁士蓝胶体催化过氧化氢分解的性质,还可进一步开拓生物分析检测、染料废水降解等应用领域知识。     

磁性普鲁士蓝纳米颗粒的合成及其化学修饰电极的制作

利用FeSO₄与FeCl₃合成了超细磁性Fe₃O₄纳米颗粒, 并进一步利用该纳米颗粒与铁氰酸钾在酸性溶液(pH～2)中的化学反应成功制备了一种新型的磁性普鲁士蓝纳米颗粒; 研究了该磁性颗粒的磁学性能, 通过磁力将其修饰于固体石蜡碳糊电极表面制成了化学修饰电极, 考察了该电极对过氧化氢的电催化还原及对水合肼的电催化氧化特性. 该化学修饰电极可对过氧化氢和水合肼进行测定, 线性范围分别为过氧化氢2×10^－6～5×10^－3 mol/L, 水合肼7.2×10^－7～3.6×10^－4 mol/L. 利用磁性普鲁士蓝纳米颗粒制得的修饰电极具有催化性能高、稳定性好、表面易更新等优点.     

掺杂纳米普鲁士蓝溶胶-凝胶修饰葡萄糖生物传感器

采用溶胶-凝胶法制备了纳米普鲁士蓝微粒,将含纳米普鲁士蓝微粒的TiO2溶胶-凝胶固定在玻碳电极表面得到纳米普鲁士蓝修饰电极,该电极对H2O2产生灵敏的响应,线性范围为0．5～400μmoL／L,较常规普鲁士蓝修饰电极(线性范围为25～500μmol／L)灵敏。电极表面再用溶胶．凝胶法固定葡萄糖氧化酶后构建了葡萄糖生物传感器,响应范围0～20mmoL／L,葡萄糖氧化酶表观米氏常数为8．04mmoL／L。实验表明,该法适合于批量制作高灵敏和高重现性的生物传感器。     

基于复合磁性纳米微粒修饰的一次性有机磷农药酶传感器

本研究结合碳纳米管(CNTs),铁磁性氧化物复合材料-Fe_3O_4(核)/Au(壳)(GMP),ZrO_2等纳米粒子的独特性质,首先在GMP微粒上吸附乙酰胆碱酯酶(AChE),再通过磁力将其固定于含CNTs/ZrO_2/普鲁士蓝(PB)/Nafion(Nf)复合膜的SPCEs表面,制得新型有机磷(Ops)检测酶传感器,并用于白菜样品中OPs测定.     

基于普鲁士蓝电催化的三维多孔壳聚糖膜葡萄糖生物传感器的研制

利用电沉积方法对普鲁士蓝和壳聚糖/SiO2纳米粒子复合膜进行组装,用刻蚀法除去SiO2粒子,制备出孔径大小均匀的多孔壳聚糖/普鲁士蓝膜,这种三维多孔膜具有良好的微生物环境、比表面积大、孔隙率高,有利于负载更多的葡萄糖氧化酶,从而构建了一种灵敏度高、稳定性好、响应时间短、检测范围宽的葡萄糖生物传感器。     

基于金属卟啉2DMOFs仿酶催化的过氧化氢比色法检测

以四（4-羧苯基）铁卟啉（FeTCPP）作为有机配体,铜离子作为金属节点,利用溶剂热法制备了双金属Cu-FeTCPP金属有机骨架（MOFs）材料,并采用表面活性剂辅助法合成了二维纳米片（Cu-FeTCPP 2DMOFs）.该纳米片呈超薄的纳米结构,与三维块体结构（3DMOFs）相比具有更大的比表面积.基于Cu-FeTCPP 2DMOFs的仿酶特性,将其用于催化过氧化氢（H₂O₂）氧化底物3,3',5,5'-四甲基联苯胺（TMB）显色,根据显色产物吸光度与H₂O₂浓度之间的正比关系实现了对H₂O₂的测定.经稳态动力学分析发现,底物相同时该纳米片的米氏常数K_m均比Cu-FeTCPP 3DMOFs的K_m小,表明纳米片与底物之间有更好的亲和力,这归因于二维结构大的比表面积和较多易接近的活性位点.基于Cu-FeTCPP 2DMOFs构建的比色检测方法在优化条件下对H₂O₂的线性检测范围为3~1000 μmol/L,检出限为2.08 μmol/L,在水体中H₂O₂的检测方面具有良好的应用前景.     

废虾壳衍生多孔碳纳米酶的制备及用于比色检测自来水中过氧化氢

以废虾壳为碳源，通过惰性气氛高温碳化法制得废虾壳衍生的多孔碳纳米酶，并将其作为一种类过氧化物模拟酶用于比色检测自来水中的H₂O₂。所制备的碳纳米酶呈无定型多孔结构，且催化活性类似天然辣根过氧化物酶。考察了反应体系中各参数对类过氧化物酶催化活性的影响。在最优条件下，废虾壳衍生多孔碳纳米酶比色分析H₂O₂的线性范围为0～200μmol/L，线性相关系数R²=0.9772，检出限为0.59μmol/L。建立的方法可用于快速分析自来水中的H₂O₂。     

普鲁士蓝/氧化锆复合材料的电化学行为及对H2O2的电催化

通过一步电沉积技术制备了普鲁士蓝/氧化锆修饰玻碳电极。采用电化学阻抗技术表征修饰电极。采用循环伏安法研究了pH值和扫描速率对该修饰电极的电化学行为的影响。结果表明:普鲁士蓝的峰电流与其扫描速率的一次方在一定范围内呈良好的线性关系。此外,该修饰电极在含有KCl(1.0mol/L)的磷酸盐缓冲溶液(0.1mol/L,pH=7.0)中,对H2O2具有明显的电催化作用,在无酶检测H2O2领域具有潜在的应用价值。     

环境化学实验“自制海藻酸钙包覆纳米铁降解亚甲基蓝速率常数的测定”

纳米铁系材料用于去除水体中的污染物是当前环境修复领域的研究热点之一。将自制的海藻酸钙包覆纳米铁材料用于降解亚甲基蓝的实验引入环境化学实验教学中具有极其重要的意义。实验过程包括制备海藻酸钙包覆纳米铁材料,绘制了亚甲基蓝的标准曲线,比较不同材料降解亚甲基蓝的效果,比较不同温度下海藻酸钙包覆纳米铁降解亚甲基蓝的效率,研究温度对其降解速率常数的影响。     

石墨烯、Sm和Pr共掺杂TiO2复合光催化剂性能研究

以钛酸四丁酯为基底,采用溶胶―凝胶法制备了纳米级半导体TiO₂光催化材料,使用还原氧化石墨烯(RGO)、稀土元素Sm和Pr共掺杂制备了改性半导体TiO₂光催化材料。分别对所制备的光催化材料进行XRD、SEM、PL等表征,结果表明,TiO₂、RGO/TiO₂、RGO/Sm³⁺/TiO₂、RGO/Pr³⁺/TiO₂为锐钛矿相,RGO/Sm³⁺/TiO₂获得了较窄禁带宽度、较小晶粒尺寸以及光致发光强度低的改性光催化材料。以亚甲基蓝(MB)为目标污染物,在降解MB模拟污染物的实验中,85 min时RGO/Sm³⁺/TiO₂的降解率达到99.2%。这说明RGO和稀土元素的掺入能够明显的影响催化材料的性能。     

基于氧化铈纳米棒-聚乙烯醇气凝胶的模拟酶比色法检测水中氟离子

以聚乙烯醇气凝胶(PAA)为载体,水热法原位生长氧化铈(CeO₂)纳米棒,制备了CeO₂纳米棒-聚乙烯醇气凝胶模拟酶材料(CeO₂-PAAC)。PAA载体不仅提高了CeO₂纳米棒的分散性,同时也提高了材料的重复利用率。利用CeO₂-PAAC材料的氧化酶活性以及氟离子(F^-)对CeO₂纳米棒酶活性的增强作用构建了检测F^-的比色传感器。在优化的实验条件下,检测F^-的线性范围为80～4000μmol/L,检出限为63.7μmol/L (3σ),低于国际对V类地表水中F^-的限量标准。与文献报道的F^-检测方法相比,本方法的检测范围更宽。本方法具有良好的抗干扰能力和选择性,可用于环境水样中F^-的检测,加标回收率为97.1%～120.4%。     

基于辣根过氧化物酶/纳米金/辣根过氧化物酶/多壁纳米碳管修饰的过氧化氢生物传感器的研究

以固定在玻碳电极上的多壁纳米碳管为基底吸附辣根过氧化物酶, 再固定纳米金, 然后再结合一层辣根过氧化物酶, 利用多壁纳米碳管对辣根过氧化物酶的直接电化学催化特性及纳米金对蛋白质的强吸附能力及强的电子传导特性制备了无电子媒介体的过氧化氢生物传感器. 采用循环伏安法, 在无电子媒介体时, 该传感器对H₂O₂ 仍能具有良好的催化活性, 放大了电信号, 提高了该酶传感器的灵敏度及稳定性. 实验证明, 该传感器在H₂O₂浓度为 1.0×10^－6～ 1.0×10^－3 mol•L^－1范围内有线性响应, 线性相关系数r²＝0.9964. 并探讨了电极的稳定性、寿命及重现性.     

中空核壳结构Ni1.2Co0.8P@N-C钠离子电池负极材料的制备及拉曼研究

本文设计制备了一种新型的氮掺杂碳包覆镍钴双金属磷化物中空核壳结构纳米立方体(Ni_1.2Co_0.8P@N-C)作为钠离子电池负极材料. 该材料以镍钴类普鲁士蓝(PBA)纳米粒子为模板,先后经水热法、磷化法和高温碳化处理后合成. 将其作为活性材料应用在钠离子电池中,该材料展现出优异的循环稳定性,当以100 mA·g^-1的电流密度循环至200圈时,该材料的库仑效率保持在99.3%. 进一步通过对不同电位下Ni_1.2Co_0.8P@N-C材料中的氮掺杂碳进行原位拉曼光谱测试,结果显示钠离子在氮掺杂的碳壳中的脱嵌行为具有较大程度的可逆性,研究结果对钠离子电池充放电过程的后续电化学研究提供了有价值的信息.     

电化学制备普鲁士蓝-石墨烯复合物及对过氧化氢电催化性能研究

通过电化学方法制备了普鲁士蓝-石墨烯复合物,利用扫描电子显微镜(SEM)技术表征了石墨烯及石墨烯复合物的形貌结构特征。选取H2O2作为探针分子,采用电化学技术考察了普鲁士蓝-石墨烯复合物对的电催化性能。复合物修饰电极对H2O2具有良好的电催化还原活性,增强的催化活性可能与石墨烯与普鲁士蓝纳米颗粒之间的协同效应有关。复合物电极材料能够实现对H2O2的快速、灵敏检测,有望用作检测H2O2的传感平台。     

普鲁士蓝包覆碳纳米管复合物修饰无酶过氧化氢传感器的研制及应用

本文通过在碳纳米管(MWNTs)表面原位自发还原形成普鲁士蓝纳米颗粒(PB),制备PB包覆的MWNTs纳米复合物(PB@MWNTs),并将其修饰于电极表面,直接催化过氧化氢,成功制得了一种无酶过氧化氢传感器。由于PB和MWNTs对过氧化氢都有较好的催化能力,使得制备的传感器具有好的性能。该传感器在H2O2浓度为1.8×10-7mol·L-1~4.2×10-3mol·L-1范围内,呈良好的线性,检测下限达到8.0×10-8mol·L-1(S/N=3),灵敏度为71.8A·L/mol/cm2。此外,传感器还表现出较好的稳定性、重现性和选择性     

GOx@Fe3O4-HNTs微囊反应器的构筑及多酶级联催化性能

细胞内或细胞间的微空间使得生物体内的各种酶促反应能够高效有序地进行.基于此,本文结合天然酶-纳米酶二者的优势,构筑了一种模拟体内酶促级联反应的微囊反应器.首先,以天然硅铝酸盐矿物埃洛石纳米管(HNTs)为载体,在其表面原位生成具有类辣根过氧化物酶活性的四氧化三铁(Fe₃O₄);随后,将其作为囊壁材料封装天然葡萄糖氧化酶(GOx),构筑GOx@Fe₃O₄-HNTs微囊反应器.当向体系中加入葡萄糖时,微囊反应器内的GOx先将葡萄糖转化为葡萄糖酸和过氧化氢(H₂O₂),之后H₂O₂继续被囊壁中的Fe₃O₄催化转化为羟基自由基,触发底物3,3’,5,5’-四甲基联苯胺(TMB)显色.其中,Fe₃O₄-HNTs作为囊壁材料不仅使囊内GOx免受外界环境干扰,还可与GOx构建级联催化反应体系,这种酶-纳米酶微囊化级联体系具有比天然酶系统更优...     

基于CoFe(Ⅲ)PBA/GO过氧化物模拟酶化学发光法检测H2O2和抗坏血酸

制备了一种具有过氧化物酶活性的类普鲁士蓝/氧化石墨烯复合纳米材料(CoFe(Ⅲ)PBA/GO)。将具有过氧化物酶活性的CoFe(Ⅲ)PBA/GO和化学发光法相结合,构建了一种用于检测H₂O₂和抗坏血酸(AA)的化学发光分析法。CoFe(Ⅲ)PBA/GO催化H₂O₂产生的O₂·^-,·OH,1O₂自由基氧化Luminol会产生很强的化学发光信号,通过检测化学发光强度可以实现对H₂O₂的检测。该方法检测H₂O₂的线性范围为0~0.8μmol/L,检测限为11 nmol/L。利用AA作为活性氧消除剂可以抑制化学发光反应的特点,实现了AA的检测。该方法测定AA的线性范围为0.02~0.8μmol/L,检测限为20 nmol/L。方法已应用于H₂O₂消毒水中H₂O₂和维生素C片中抗坏血酸的检测。     

多酸基复合光催化剂的合成及其太阳光驱动CO2制甲酸研究在实验教学中的设计与探究

温和条件下将二氧化碳(CO₂)高效转化为高值化学品,不仅可以实现碳资源的循环利用,也对减缓温室效应具有重要意义。本实验基于多酸(POMs)复合催化剂制备及其应用于光催化CO₂加氢制甲酸的创新性研究成果,设计了适合本科实验教学的综合创新实验。实验采用浸渍法将Anderson型多酸[H₆(CrO₆)Mo₆O₁₈]^3-分散到TiO₂表面形成多酸复合光催化剂CrMo₆/TiO₂,通过X射线粉末衍射和红外光谱解析了催化剂的结构。利用气相色谱和液相色谱对光催化产物进行分析检测,结果显示,光照条件下CrMo₆/TiO₂复合光催化剂可催化CO₂高选择性转化为液体产物甲酸。紫外-可见光谱分析证实,多酸的修饰减小了TiO₂能带间隙,增加了光谱的吸收范围,提升了光催化性能。本实验内容涵盖了无机材料合成、仪...     

普鲁士蓝纳米修饰电极的制备及表征

采用激光加热拉伸的方法制备铂纳米电极,并通过交流电刻蚀的方法制备纳米孔电极,在这两种电极上可通过电化学方法原位合成单颗普鲁士蓝微晶. 结果表明,普鲁士蓝微晶在纳米微孔电极上的机械附着强度增强. 这种方法可用于制备纳米修饰电极或研究功能微晶体材料的电化学性质.