高度有序ZIF-8/Au纳米复合结构阵列的构筑及其表面增强拉曼光谱的应用

采用气-液界面自组装方式制备得到有序单层聚苯乙烯(PS)微球阵列,以此为模板,采用磁控溅射沉积方法结合热处理技术获得单层六方非密排Au纳米颗粒阵列。随后采用水热法成功制得高度有序ZIF-8/Au纳米复合结构有序阵列。探究了生长机理以及反应温度、反应时间对微观形貌和光学特性的影响,进一步探究了该复合结构阵列作为表面增强拉曼散射(SERS)活性基底的灵敏度和均一性。结果表明：当水热反应温度从25 ℃增加至100 ℃时,ZIF-8纳米颗粒的数量逐步增大,同时尺寸随之增大,表面等离激元共振(SPR)峰和衍射峰均发生了红移。当水热反应时间从10 min增至60 min时,ZIF-8纳米颗粒从围绕Au纳米颗粒选择性生长到蔓延到整个材料表面。在样品表面沉积特定厚度的Ag膜后,测得4-氨基苯硫酚(4-ATP)和罗丹明6G(R6G)两种探针分子的检测极限均为10^-11 mol·L^-1,4-ATP和R6G的SERS强度与分子溶液浓度呈线性关系,相关系数R²分别为0.980 1和0.984 4。随机选取10个不同位置测试4-ATP的SERS谱图,得到相对标准偏差(RSD)为8.86%,表明ZIF-8/Au纳米复合结构有序阵列作为SERS基底具有良好的均匀性和稳定性。     

三维有序In2O3纳米线阵列的合成及纳米结构有序度对气敏性能的影响

采用SBA-15硬模板复制技术合成出三维有序纳米线阵列结构的In₂O₃, 通过离心分离获得了2个尺寸不同的块状颗粒样品. 利用XRD、 SEM和紫外-可见光谱对样品的晶体结构、 晶粒尺寸、 形貌及带隙宽度进行了分析. 结果表明, 2个样品具有相同的纳米微结构, 均为由晶粒尺寸约12 nm的近球形In₂O₃晶粒规则有序排列生长而成的三维纳米线阵列结构, 纳米线的直径约为12 nm, 间距约为2 nm, 且块状尺寸较大样品的带隙宽度略大. In₂O₃样品对乙醇气体的气敏性能测试结果显示, 当乙醇气体在空气中的体积分数为100×10^-6, 温度为320 ℃时, A样品的灵敏度达到50. 6, 优于尺寸较小的B样品. 通过对比研究发现该纳米结构样品的气敏性能明显优于同级别纳米颗粒和介孔结构材料, 纳米材料的气敏性能随纳米结构形态有序度的增加而提高.     

模板法组装纳米有序阵列的研究进展

由金属、半导体、碳纳米管、聚苯胺等组成的纳米有序阵列体系,在能量存储或转换、传感等方面具有广阔的应用前景。模板法组装纳米有序阵列体系是以具有特定微孔结构的材料为模板,通过电化学沉积、溶胶-凝胶沉积和化学气相沉积等手段,让纳米单元在模板提供的受控环境中原位生成,形成纳米有序阵列体系。模板法具有可控性好、工艺简便、能耗低等优点。本文综述了模板法组装纳米有序阵列体系的研究进展,并对纳米有序阵列体系的应用前景作了展望。     

有序Au/Ag纳米碗阵列的简易制备及其表面增强拉曼散射性能

通过湿法化学合成基于SiO₂胶体晶体的大面积有序Au/Ag纳米碗(Au/AgNB)阵列。首先,在玻璃基板上以3D SiO₂胶体晶体作为模板。然后,在Au纳米颗粒(AuNP)种子的帮助下,通过原位生长方法在模板上沉积一层Au纳米壳(AuNS)。再通过HCHO还原Ag⁺使AuNS表面进一步沉积Ag纳米壳,形成Ag/Au双纳米壳(Ag/AuNS)阵列。通过丙烯酸酯改性双向取向聚丙烯(BOPP)方便地获得了单层有序反转Ag/AuNB阵列。这种有序Au/AgNB阵列具有更佳的表面增强拉曼散射(SERS)活性,其SERS分析增强因子(AEF)可达2.23×10⁷。     

有序Au/Ag纳米碗阵列的简易制备及其表面增强拉曼散射性能

通过湿法化学合成基于SiO₂胶体晶体的大面积有序Au/Ag纳米碗(Au/AgNB)阵列。首先,在玻璃基板上组装3D SiO₂胶体晶体作为模板。然后,以Au纳米颗粒(AuNP)为种子,通过原位生长法在SiO₂模板上沉积一层Au纳米壳(AuNS)。再通过HCHO还原Ag⁺成Ag⁰,进一步在AuNS表面沉积Ag纳米壳,形成Ag/Au双纳米壳(Ag/AuNS)阵列。最后通过丙烯酸酯改性双向取向聚丙烯(BOPP)膜方便地获得了单层有序反转Ag/AuNB阵列。这种有序Au/AgNB阵列具有更佳的表面增强拉曼散射(SERS)活性,其SERS分析增强因子(AEF)可达2.23×10⁷。     

AAO模板对液相沉积TiO2纳米阵列结构的影响

采用液相沉积法(LPD),在不同的阳极氧化铝(AAO)模板上原位合成高度有序的TiO2纳米阵列.实验结果表明,经过400℃热处理后,制备出的薄膜是锐钛矿相的TiO2纳米阵列,草酸AAO模板中Al2O3的体积分数大于0.71,薄膜由TiO2纳米棒组成,外径约为100 nm左右;而磷酸AAO模板中Al2O3的体积分数小于0.71,液相沉积后获得TiO2纳米管,管外径达200 nm左右,内径约为100 nm左右.     

贵金属纳米颗粒复合薄膜光学特性理论研究

采用经典Mie理论模拟计算了Ag、Au和Cu系纳米颗粒复合薄膜的吸收光谱。所有复合薄膜的吸收光谱均在可见光范围内出现表面等离子共振(surfaceplasmonresonance,SPR)吸收峰。Ag、Au和Cu系复合薄膜的SPR吸收峰峰位和峰强与金属介电常数实部(ε_m1)和虚部(ε_m2)及介质折射率(refractiveindex,n_s)之间存在强相关性,相比于ε_m1和ε_m2,n_s的增大主导SPR吸收峰向长波方向移动且强度增强。通过改变金属和介质种类可以调节Ag、Au和Cu系复合薄膜的SPR吸收峰峰位和峰强,从而调节其光吸收特性。根据n_s可以推测出金属纳米颗粒复合薄膜在可见光范围内的SPR吸收峰峰位。理论模拟吸收光谱与前人实验结果吻合,SPR吸收峰峰位的理论值与文献实验值接近。     

贵金属纳米颗粒复合薄膜光学特性理论研究

采用经典Mie理论模拟计算了Ag、Au和Cu系纳米颗粒复合薄膜的吸收光谱。所有复合薄膜的吸收光谱均在可见光范围内出现表面等离子共振(surface plasmon resonance,SPR)吸收峰。Ag、Au和Cu系复合薄膜的SPR吸收峰峰位和峰强与金属介电常数实部(ε_m1)和虚部(ε_m2)及介质折射率(refractive index,n_s)之间存在强相关性,相比于ε_m1和ε_m2,n_s的增大主导SPR吸收峰向长波方向移动且强度增强。通过改变金属和介质种类可以调节Ag、Au和Cu系复合薄膜的SPR吸收峰峰位和峰强,从而调节其光吸收特性。根据n_s可以推测出金属纳米颗粒复合薄膜在可见光范围内的SPR吸收峰峰位。理论模拟吸收光谱与前人实验结果吻合,SPR吸收峰峰位的理论值与文献实验值接近。     

三维有序金纳米壳结构的可控制备及其SERS性能

采用金种子原位生长法,以SiO_2胶体晶体为模板,H_2O_2为还原剂实现了三维有序金纳米壳(GNSs)结构的可控制备,并对其生长过程中表面增强拉曼光谱(SERS)性能进行了研究。实验结果表明,通过控制反应时间、反应温度、还原剂H_2O_2及生长液K_2CO_3-HAuCl_4的量等参数实现了三维有序GNSs阵列的可控批量制备,并可根据需要去除SiO_2内核得到中空有序GNSs结构。通过对其SERS性能的研究,发现SiO_2表面完全被Au纳米粒子覆盖的粗糙结构具有最佳的SERS性能,且对应的中空有序GNSs结构显示出更优异的SERS活性。     

Preparation and Absorption Properties in Near Infrared Wavelength of Carbon Nanotubes/Acrylate Coatings

"Carbon nanotubes can be used as absorbent materials at the near infared range. In this study, carbon nanotube was treated with surfactant to prevent aggregation, and the acrylate coating of the carbon nanotube was prepared with the carbon nanotube solution and the near infrared reflection properties of the coating were studied. A series of factors influencing the reflectivity of carbon nanotubes/acrylate coatings at 930 nm, such as PVC concentration, the kinds and concentration of the surfactant and size range of the carbon nanotube, were studied. Based on these, the coating procedure was optimized and the carbon nanotubes/acrylate coating was prepared with good absorption properties. The reflectivity is under 0.1% of the coatings and its transmission is below 1.0% at near infrared wavelength of 840-980 nm."     

有序介孔C/NiO复合材料的合成及其电化学性能

以嵌段共聚物F127(Mw=12600, PEO106PPO70PEO106)为模板剂, Ni(Ac)2·4H2O为Ni源, 低分子量的酚醛树酯为碳源, 通过溶胶-凝胶三元共组装方法合成高度有序介孔C/NiO复合材料. 对样品进行X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、N2吸脱附等结构表征及循环伏安(CV)等电化学性能测试. 结果显示, NiO晶体和碳组成了C/NiO复合材料的基本骨架, 该复合材料具有高度有序的介孔结构. NiO晶体的存在极大地提高了复合材料的电化学性能, 当C/NiO达到4:1(苯酚与Ni(Ac)2·4H2O的摩尔比)时复合材料的比电容达到444.1 F·g-1, 而有序的介孔结构并没有被破坏, 使得该材料具有较好的应用前景.     

双槽法电沉积Cu/Ni多层纳米线有序阵列

以多孔阳极氧化铝（AAO）为模板，采用双槽法电沉积工艺制得高度有序的Cu/Ni多层纳米线阵列。利用扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）对Cu/Ni多层纳米线进行了表征，观察到纳米线表面平滑，多层结构清晰，各子层厚度均匀，直径约为 100 nm，与AAO模板孔径基本一致。由选区电子衍射（SAED）照片可知，多层纳米线中Cu层和Ni层均为单晶结构。振动样品磁强计（VSM）测试结果表明，Cu/Ni多层纳米线阵列具有明显的垂直磁各向异性，外加磁场垂直和平行于AAO模板表面时，磁滞回线的矩形比分别为 0.701 和 0.101 ，矫顽力分别为 589 Oe和 202 Oe。通过控制铝阳极氧化工艺及电沉积时间，可获得不同直径、不同子层厚度的Cu/Ni多层纳米线阵列。     

A Novel Polycatechol/Ordered Mesoporous Carbon Composite Film Modified Electrode and Its Electrocatalytic Application

Polycatechol (PCC) was prepared by electropolymerizing catechol (CC) on the surface of an ordered mesoporous carbon (OMC) modified electrode for the first time. Scanning electron microscopy (SEM) and cyclic voltammetry (CV) were used to characterize the structure and electrochemical behaviors of PCC/OMC nanocomposite film. Compared with the bare GC and OMC/GC electrodes, the PCC/OMC/GC electrode exhibits a good electrocatalysis toward the oxidation of NADH at 0.0 V with a high sensitivity (8.7 mA/mM). These make PCC/OMC/GC electrode a promising candidate for stable and efficient electrochemical sensors for the detection of NADH.     

有序中孔炭的电化学储氢性能

将蔗糖、聚环氧乙烯-聚环氧丙烯-聚环氧乙烯三嵌段共聚物和硅源构成的复合物进行预炭化、炭化和除硅处理合成出有序中孔炭, 采用XRD、TEM、HRTEM和N2吸脱附等手段对其进行表征, 并将有序中孔炭制成电极开展恒流充放电储氢性能研究. 结果显示, 具有较高比表面积(720 m2·g-1)和孔容(0.86 cm3·g-1)的有序中孔炭材料的电化学储氢容量为70.1 mAh·g-1, 高于具有相对较低比表面积(610 m2·g-1)和孔容(0.66 cm3·g-1)的有序中孔炭储氢容量(64.1 mAh·g-1). 通过与单壁碳纳米管电极(25.9 mAh·g-1)的对比, 表明有序中孔炭具有良好的电化学储氢性能和更高的电化学活性.     

Anodic Stripping Voltammetric Determination of Lead in Tap Water at an Ordered Mesoporous Carbon/Nafion Composite film Electrode

A sensitive mercury‐free lead (Pb²⁺) sensor has been proposed based on an ordered mesoporous carbon and Nafion composite film (OMC/Nafion) coated glassy carbon electrode. The analysis of Pb²⁺ using anodic stripping voltammetry (ASV) includes two steps. Pb²⁺ ions are firstly reduced and deposited on the electrode surface in a Pb²⁺ solution (10 mL) during a preconcentration step biased at ?1.0 V, followed by a measurement step by differential pulse voltammetry (DPV) within the potential range of ?0.8 to ?0.3 V (scan rate: 20 mV/s, frequency: 20 Hz, amplitude: 50 mV, pulse width: 50 ms). Linear calibration curve was found to be from 20 nM to 2 μM for Pb²⁺ with a sensitivity of 17.4±1.38 μA/μM after a 5‐min of preconcentration. The detection limit was estimated to be around 4.60±0.12 nM at the signal to noise ratio of 3. Reproducibility (RSD%) was found to be 3.0% for a single sensor with eight measurements and 4.3% for five sensors prepared with identical procedures. The practical application of the proposed lead sensor was verified by determination of trace level of Pb²⁺ in tap water sample.     

自组装有序纳米银线表面增强拉曼光谱检测牛奶中三聚氰胺

制备具有表面增强拉曼散射(SERS)增强效果的基底是获得灵敏SERS检测的基础.本研究以多元醇法合成、流体流动法组装制备的有序纳米银线作为三聚氰胺的SERS增强基底,实现了样品中痕量三聚氰胺的快速灵敏检测.通过理论计算及实验考察得到了三聚氰胺的拉曼特征峰,优化了三聚氰胺在有序纳米银线基底上的SERS检测条件.在pH=8、水为溶剂、溶剂挥发时间为14 min的最佳条件下,三聚氰胺特征峰强度与浓度在0.05 ～ 1.00 mg/L范围内呈现良好的线性关系,其线性相关系数R=0.997,检测限为0.05 mg/L.在牛奶中添加不同浓度的三聚氰胺,其回收率为89.7％～ 109.2％,相对标准偏差低于6.8％.本方法对三聚氰胺检测具有很好的灵敏度和稳定性,为其它小分子化合物的SERS检测提供技术支持.     

1,8-萘酰亚胺类衍生物的结构及紫外-可见吸收光谱

用密度泛函方法(DFT)优化了一系列1,8-萘酰亚胺衍生物, 用含时密度泛函(TDDFT)和导体极化连续模型(CPCM)计算了它们在气相、环己烷和二氯甲烷溶剂条件下的紫外可见吸收光谱. 计算结果表明, 优化的几何结构和X射线晶体结构数据吻合较好. 萘环4和5位胺基上取代基团(氢基、甲基、苯基和萘基)的变化使得它与萘酰亚胺部分的连接键长(N—C)变长、电荷转移增强、带隙降低. 溶剂化显色效应和前线轨道电子云一致表明此类物质的最大吸收峰对应π-π*跃迁. 异构体A中的分子内电荷转移增大和带隙的降低是它的紫外吸收光谱最大吸收峰比异构体B的发生红移的主要原因.     

Preparation of Magnetic Ordered Mesoporous Carbon Composite and Its Application in Direct Electrochemistry of Horseradish Peroxidase

A novel magnetic ordered mesoporous carbon composite was prepared. Electrochemical measurements showed that the ordered mesoporous carbon composite provided an excellent matrix for the co‐adsorption of horseradish peroxidase (HRP). HRP could be separated and collected by the application of a magnetic field and its direct electron‐transfer could be achieved in the solution, not on the electrode thereby preventing the degradation of the enzyme. The cyclic voltammetric experimental results of HRP indicated that HRP displayed a pair of stable peaks with a formal potential of ?0.306 V in PBS. The resulting biosensor exhibited fast amperometric response to hydrogen peroxide.     

Cu/PAA复合膜的偏振特性

应用扩孔和增大阳极氧化电压的方法制备了不同孔径的多孔铝模板,并以交流电沉积法在该模板沉积铜纳米线.测量了铜/多孔铝复合膜的透射光谱和偏振光谱.实验表明,扩孔和增加阳极氧化电压都使样品的透射率下降,但扩孔不能提高它的偏振性能;提高模板氧化电压则可以提高样品的消光比,且消光比随纳米线直径的增加而增加.