海洋环境中的重金属及其对海洋生物的影响

综述了在海洋环境中重金属输入的各种途径及其重金属对海洋生物的影响,重点介绍了重金属在几种海洋生物体内的富集效应及其吸附机理,讨论了海洋重金属污染的现况,并展望了海洋重金属污染研究的前景。     

城市土壤不同颗粒中重金属的分布及其对人体吸入重金属的影响

采集了9个不同质地的城市土壤,按颗粒大小分为6个粒级,分别测定了4种重金属(Cu、Cd、Co和Pb)的全量和有效态含量。结果表明,细颗粒中重金属有明显的富集,其中<0.002 mm粒组的重金属含量约为土壤的1.57~13.95倍。有效态重金属占其总量的比例一般是0.250~0.125 mm和0.125~0.050 mm粒组高于其它粒组。质地对重金属在不同颗粒中的分配有很大的影响;虽然重金属含量一般是质地较黏的土壤高于质地不黏的土壤,但砂质土壤中细颗粒组分中的重金属的含量却一般要高于黏质土壤的相应粒组。因此,在相同的重金属含量条件下,砂质土壤对人体的潜在影响要远高于黏质土壤。     

碳纳米管负载钇和铕氧化物纳米颗粒及其发光行为的研究

研究了碳纳米管上负载Y2O3和Y2O3∶Eu3 纳米颗粒的工艺。采用透射电镜、扫描电镜、X射线衍射对负载的效果进行表征并研究了负载产物的发光性能。结果表明,采用化学沉淀法可在碳纳米管上负载平均直径约为10 nm的Y2O3和Y2O3∶Eu3 颗粒。负载的Y2O3∶Eu3 纳米颗粒在波长201 nm处具有明显的主激发峰,而在620 nm处具有较强的主发射峰。与普通的纳米Y2O3∶Eu3 荧光粉相比,激发峰显著蓝移,而发射峰则红移。     

水中金属纳米颗粒对细菌的光致毒性机理

金属纳米颗粒由于具有特殊的理化性质,被广泛应用于化学、光学和生物学等领域,使其在应用的过程中不可避免地释放到水体中。近年来,金属纳米颗粒对生态系统和人类健康造成了潜在危害,引起了日益广泛的关注。本文对目前水环境中存在的纳米颗粒的种类、来源、理化性质及金属纳米颗粒对细菌光致毒性的影响因素(光源波长、粒径大小、天然有机质和介质组分)进行了详细介绍,并通过有毒金属离子释放、活性氧自由基(羟基自由基、超氧阴离子自由基和单线态氧)产生以及粒径变化等光化学现象,阐述了金属纳米颗粒物对细菌的光致毒性机理。最后总结了目前金属纳米颗粒在环境行为和光致毒性研究中面临的主要问题,并在此基础上提出将来金属纳米颗粒光致毒性的研究方向(如金属纳米颗粒的定量结构-活性关系,其他污染物与金属纳米颗粒的复合光致毒性效应等)。     

不同环境条件对土壤-巴戟天系统重金属分布的影响

采用AA-6800型石墨炉原子吸收光谱仪研究了土壤-巴戟天系统中铅的分布情况,包括不同地段、不同土壤类型、不同土壤pH值对土壤-巴戟天入药部位根和果实中铅的含量影响。实验结果表明,环境条件变化对土壤-巴戟天系统铅含量有一定的影响,其中土壤的pH值对土壤中的有效铅浓度及巴戟天的铅含量影响较大。     

碳包覆纳米金属颗粒的合成研究进展

碳包覆纳米金属颗粒是继富勒烯和碳纳米管之后的又一新型纳米碳材料,在许多领域具有广泛应用前景。本文综述了碳包覆纳米金属颗粒的合成方法,包括：电弧放电法、化学气相沉积法、热解法、液相浸渍炭化法和炭凝胶爆炸法等,简述了形成机理,总结了各自的优缺点,并指出将来的发展方向。     

单细胞水生生物金属纳米颗粒的定量分析

人类活动释放的金属纳米颗粒不可避免地进入水环境中。大量研究表明,金属纳米颗粒会对水生生物产生生殖毒性和遗传毒性等,金属纳米颗粒还可能沿着食物链传递,对环境生物和人类健康造成威胁。细胞内金属纳米颗粒定量分析是研究金属纳米颗粒生物效应的重要基础。此外,单细胞之间存在异质性,具有特殊生理特性的细胞个体可能影响细胞群体的命运。而基于细胞群体平均值的定量分析则忽略了细胞个体的异质性,遗漏了对群落具有重要功能的细胞群体信息。因此,在单细胞水平上定量分析水环境中底层营养级的单细胞微生物细胞内金属纳米颗粒,对认识金属纳米颗粒与水生生物的相互作用,评估其进入食物链的潜在风险至关重要。本文梳理了已用于单细胞水生生物体内金属纳米颗粒的单细胞定量分析方法,阐述了它们的工作原理和在相关研究中的应用,总结了各方法的优缺点,期望为今后相关研究的方法选择提供参考,最后展望了该领域未来的研究方向。     

重金属铊在环境介质中的分布及其迁移行为

铊是剧毒重金属元素,它在自然界中是典型的稀有分散金属。环境介质中铊的自然本底值较低,但随着铊矿床的开发和铊资源的广泛应用,岩矿石中的铊在自然力或人为作用下向环境介质中迁移。综述了铊在岩（矿）石、土壤、水体、动植物和人体中的分布,以及在上述环境介质及大气中的迁移行为。研究表明,人类活动是导致环境介质中铊含量增加的主要原因。铊在环境介质中的迁移是反复循环的复杂过程,通过风化、溶解、淋滤、吸收、沉降、固结等方式在环境介质中循环往复,从而危害环境生态和人体健康。铊污染应引起人们的普遍重视。     

金属纳米颗粒的制备及其在酶生物传感器中的应用研究

近年来,金属纳米颗粒的制备研究引起了人们的广泛兴趣.与相应的块体材料相比,金属纳米颗粒具有独特的化学和物理性质,可应用于电学、催化、磁性材料、光催化、生物染色剂、药物输送等许多领域.其中,传感器是纳米颗粒最有前途的应用领域之一.传感器的微型化是传感器发展的主要研究方向,将纳米颗粒用于传感器的研究将促进这一目标的实现.本论文利用纳米颗粒材料的独特效应来提高葡萄糖传感器的响应电流.将自制的银金、铂以及二氧化硅和铂复合纳米颗粒用于固定化酶,使酶电极的电流响应值得到了大幅度的提高,从而为纳米增强的新型葡萄糖生物传感器的研究、制备和应用提供了可供参考的实验和理论依据,并为传感器的小型化开辟了一条新途径.     

α-Fe2O3/SiO2纳米颗粒混合体系表面的酸碱性质及其对重金属离子的吸附行为

以Fe(NO₃)₃·9H₂O和正硅酸乙酯(TEOS)为原料, 通过溶胶-凝胶法和辅助模板法分别制备了纳米α-Fe₂O₃和SiO₂, 并对所合成样品进行了粉末X射线衍射(XRD)和BET表征. 使用自动电位滴定仪测定了α-Fe₂O₃/SiO₂纳米颗粒混合体系的表面酸碱性质. 研究了在不同pH下α-Fe₂O₃/SiO₂混合体系对Cu²⁺、Pb²⁺、Zn²⁺离子的吸附行为. 基于上述实验数据, 用WinSGW软件计算了α-Fe₂O₃/SiO₂混合体系表面酸碱配位常数, 并得出结论: α-Fe₂O₃/SiO₂混合体系表面反应为单一脱质子反应≡XOH ⇔ ≡XO^-+ H⁺(lg K = -8.19±0.15), 明显区别于同时具有加质子和脱质子反应的α-Fe₂O₃/SiO₂/γ-Al₂O₃, α-Fe₂O₃/γ-Al₂O₃和SiO₂/γ-Al₂O₃等纳米颗粒混合体系. 在此基础上拟合得到α-Fe₂O₃/SiO₂混合体系吸附重金属离子Cu²⁺、Pb²⁺、Zn²⁺的表面络合反应平衡常数分别为:
≡XOH + M²⁺ ⇔ ≡XOM⁺+ H⁺ [lg K = -3.1, -3.6, -3.8 (M = Cu, Pb, Zn)].
≡XOH＋M²⁺＋H₂O ⇔≡XOMOH＋2H⁺[lg K = -8.8, -8.0, -10.5 (M = Cu, Pb, Zn)]     

γ-Al2O3/SiO2纳米颗粒混合体系表面的酸碱性质及其对重金属离子的吸附行为

运用电位滴定技术研究了γ-Al2O3/SiO2纳米颗粒混合体系的表面酸碱性质;依据滴定数据及表面配位理论恒电容模式,利用WinSGW软件计算得出了γ-Al2O3/SiO2纳米颗粒混合体系表面的酸碱反应平衡常数:≡XOH+H+≡XOH2+(lgK1=5.06±0.05);≡XOH≡XO-+H+(lgK2=-8.45±0.10);在此基础上研究了不同pH条件下重金属离子Cu2+,Pb2+,Zn2+在γ-Al2O3/SiO2纳米颗粒混合体系表面的吸附行为,并用WinSGW软件模拟得出了Cu2+,Pb2+,Zn2+在该混合悬浮液体系中的表面配位常数:≡XOH+M2+≡XOM++H+[lgK=-2.20,-1.72,-2.90(M=Cu,Pb,Zn)].     

金属纳米颗粒导电墨水的制备及其在印刷电子方面的应用

发展下一代柔性、低价和环境友好的印刷电子技术已取得大量的研究进展。印刷电子是基于印刷原理的电子制备技术,主要是将一些液体分散性好的或可溶性材料进行印刷图案化从而实现电子元器件的制备。印刷电子学涉及大量的基础学科问题,包括材料、设备、工艺与应用多方面的共性技术,但其关键技术之一在于制备环保、低成本的新型导电墨水。结合印刷电子基础与应用研究的发展现状,本文主要对金属纳米颗粒的合成及其导电墨水的制备与相关应用的最新研究进展进行了综述和讨论,并对其在传感器、薄膜晶体管(TFT)、太阳能电池及RFID等方面的最新应用进展进行了概述。     

Au纳米颗粒作用下的仿生纳米通道

在自然界的生物体系中,各种各样的离子通道对物质交换、能量输运等生理过程起着重要作用.用人工制备的仿生纳米器件模仿生物孔道的离子输运性质是一项非常具有挑战性的课题.通过在对称柱形聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）聚合物孔道中引入非对称结构,获得了一种具有高整流比的人工纳米孔道体系.通过带正电荷的2-十一烷基-1-二硫脲乙基咪唑啉季铵盐（SUDEI）在柱形纳米孔道的单面吸附,使体系具有了非对称的电荷分布和几何结构,从而具有非线性的离子输运性质,表现出较好的门控性能.Au纳米颗粒可以与SUDEI以Au-S键稳定结合,有效地减小柱孔一端的孔径,进一步提高体系的门控比,且该纳米通道体系非对称响应离子输运有很好的稳定性.     

纳米硅胶颗粒的制备及其对金属离子的识别

利用sol-gel方法制得了纳米级的硅胶悬浮液.通过表面化学修饰引入了具有发射荧光能力的萘基基团.在稳态荧光研究中清晰地观察到在微小粒子表面上萘基基团会因溶剂不同而发生重新排组,并呈现出激基缔合物发光.研究了不同过渡金属离子对粒子表面荧光的猝灭效应,发现只有Cu2＋对纳米微球荧光有强烈的猝灭特征,这种优良的选择能力使其有望发展成为一种分析检测Cu2＋的荧光化学敏感器.     

片状碳载金属纳米颗粒复合物的制备及其氧还原电活性

将双氰胺、蔗糖与酞菁铁(钴)的混合物通过简单热解法,制备出Co/C-N、Fe/C-N和Fe-Co/C-N纳米复合物。随后利用热还原法,将少量铂沉积于Co/C-N上得到片状碳负载的Co-Pt纳米颗粒Co-Pt/C-N。对样品进行了详细表征,并研究了其在全域pH范围内(酸性、中性与碱性溶液)中的氧还原反应(ORR)活性。结果表明,Co/C-N具有比Fe/C-N和Fe-Co/C-N更高的ORR起始电位和半波电位,并且在碱性和中性溶液中,Co/C-N表现出比Pt/C更强的ORR电活性;在酸性溶液中,铂负载量(质量分数)8.1%的Co-Pt/C-N表现出与Pt/C相近的ORR起始与半波电位。催化剂优异的电活性主要归因于片状碳形成的三维结构、金属纳米颗粒的均匀分布以及丰富的吡啶氮。     

升温速率对金属铅的熔化和过热行为的影响

采用分子动力学方法和QSC(quantum Sutton-Chen)力场研究了升温速率对金属铅的熔化和过热行为的影响.模拟中考虑了缺陷和表面对熔化和过热行为的作用.结果表明，升温速率对金属铅的熔化和过热行为影响很大，随着升温速率的升高，金属铅的熔点有所升高.快的升温速率会导致金属铅体系内部无序化程度增加，进而使体系能量增加，降低了熔化相变的能垒.升温速率导致的金属铅的过热极限大约为780 K.     

河水环境腐殖酸及其对重金属的络合、迁移转化的影响

本工作以我国北方汞污染较重的蓟运河和第二松花江为对象,从河水环境腐殖酸的提取和表征出发,对其与重金属的络合作用及Hg²⁺和CH₃Hg⁺迁移化的影响,进行了初步探讨。     

用于电化学水氧化的铁、镍、钴金属及其二元金属纳米颗粒比较研究

从环境兼容角度来设计应用于氧析出反应的电催化剂是否有效、耐用和廉价对能源转化过程至关重要. 本文报告了一种快速制备低成本、原料丰富的金属催化剂制备方法。通过一步电化学沉积法在钛金属基材上制备了铁、镍、钴金属及其钴镍、钴铁二元金属纳米颗粒. 采用场发射电子显微镜 (FE-SEM), 能量散射X-射线能谱 (EDX), X-射线衍射光谱 (XRD), X-射线光电子能谱 (XPS)和电化学技术对制备的不同纳米颗粒进行了表征. 电化学结果显示,在合成的五种钛基金属纳米催化剂中, 钛基上沉积钴金属纳米颗粒(Ti/Co)电极在0.l mol·L^-1氢氧化钾溶液中氧析出反应的电催化活性最好,0.70 V(相对于银/氯化银电极)的电流密度为10.0 mA·cm^-2. 经优化后Ti/Co电极的过电位(η)很小,当电流密度为10.0 mA·cm^-2时η为0.43 V,质量活性高达105.7 A·g^-1,逆转频率(TOF)值为1.63×10^-3 s^-1, 这些与当前最好的碳载铂(Pt/C)和氧化钌(RuO₂)电催化剂的性能相当. 此外,通过计时电位技术对优化后Ti/Co电极的耐久性进行了测试, 发现该电极在碱性溶液中氧析出反应的稳定性良好. 本工作制备的钛金属基材上电化学沉积金属钴纳米颗粒具有高催化活性、高稳定性、原料来源丰富、廉价且易于大规模生产,在工业化水分解领域具有潜在的应用前景.     

无机/金属纳米颗粒与木瓜蛋白酶组装的研究

运用氧化还原反应在二氧化硅表面沉积组装了银纳米粒子,并在该载体表面共价连接木瓜蛋白酶,试图组合超微载体与化学共价固定化酶的优点,进一步提高组装后的酶活性.初步研究了微球尺寸及银纳米粒子对组装酶活力影响.实验结果表明,在给酶量为33.3mg/g时,木瓜蛋白酶直接共价连接在二氧化硅表面时活力仅为402u/mg,而在组装有银的载体上时活力为536u/mg,催化活性提高30%左右.同时在高给酶量条件下,酶活力回收提高了60%左右,活力回收最大值达到了30.5%,明显优于戊二醛直接共价固定的文献报道值.     

GaN纳米带、纳米环和Z字结构纳米线在金属镓颗粒上的原位生长及其发光性质

在1050℃氨气和氢气混合气氛中加热金属镓,在镓颗粒表面原位生长出了GaN纳米带、纳米环和Z字结构纳米线．利用激光拉曼光谱仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对产物进行了表征,结果表明,所得不同形貌GaN纳米结构均为单晶六方纤锌矿结构,纳米带宽度在20～300nm,长达30gm;纳米环直径在5-8gm;Z字结构纳米线的直径约为160nm．研究了反应温度和时间对产物形貌和结构的影响,提出了不同形貌GaN纳米结构的可能形成机理．从GaN纳米结构的发光光谱中观察到了发光峰位于361nm强的紫外光发光和456nm弱的蓝光发光,这两种发光分别起源于GaN宽带隙带边的激子发射和浅的给体向深的局域受体的跃迁．