纳米金、银的可控制备及对铬离子的快速检测应用研究

论文摘要

近年来，随着工业的迅猛发展，我国的水环境受到了不同程度的污染，尤其是重金属对饮用水的污染，造成了重金属中毒事件频繁发生。开采矿山、金属冶炼和化学工业生产的废水废物等都含有非常多的重金属，这些重金属不仅毒性大，而且不容易被分解代谢，通过食物链发生生物富集并有生物放大效应等特点，严重影响了水生生物的生存和人类的健康。这引起了许多学者和人们的高度重视，现有的检测重金属的方法主要是通过大型仪器进行，例如，电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-AES）,电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）和电化学工作站等，不仅价格昂贵，而且不能实时、实地进行现场快速检测。因此，探索一种能够快速、及时、实时实地检测水溶液体系中重金属的方法将在实际应用中，如环境检测、污水处理、空气质量分析等领域具有重要的应用价值。纳米金、银材料由于其具有特殊的光学、电学、磁学以及热力学等性质，已经被广泛应用于超导、光电、抗菌、催化和表面增强拉曼散射等领域。另外，金、银纳米颗粒的浓度、形貌、粒径大小的变化会引起其溶液颜色和表面等离子体共振吸收峰的变化，利用此性质，近年来金、银纳米材料在医学和分析检测领域获得了广泛应用。本学位论文通过制备出的纳米金、银溶胶比色快速检测重金属离子（铬离子），具有简便、灵敏度高和选择性好等优点。具体的研究内容主要有以下四个部分：1)以种子法成功制备出了形貌可控、粒径均匀的球形银纳米粒子。通过紫外可见分光光度计（UV–vis spectroscopy）、透射电镜（TEM）、X射线粉末衍射（XRD）等表征手段测试制备出的球形银纳米粒子物性。结果显示，所制备的银纳米粒子为类球形，分散性好，平均粒径大小为10nm。2)在室温下，以葡萄糖为还原剂，水溶性淀粉为保护剂，通过绿色化学方法成功制备出了不同形貌的银纳米粒子（如球形、六面体、多面体）。通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等表征手段测试了制备出的银纳米粒子物性。结果表明，制备的球形银纳米粒子平均粒径为8nm，六面体银纳米粒子的平均粒径为200-300nm，多面体银纳米粒子分散性好，但是粒径均匀性差。3)以硼氢化钠为还原剂，多聚磷酸钠为保护剂，在室温下，成功制备了多聚磷酸根修饰的金纳米粒子，通过采用三价铬离子(Cr3+)与多聚磷酸根修饰的金纳米粒子之间的络合反应机理，在最佳优化条件下（多聚磷酸钠的浓度为0.8mM,溶液的pH值为3.25），可以快速简便地检测微量Cr3+。结果显示：利用肉眼可以直接观察到10－7M Cr3+，具有很高的灵敏度和优异的选择性。4)在室温下，利用种子法成功制备了银核金壳纳米粒子（Agcore-Aushellnanoparticles），在十六烷基三甲基溴化胺（CTAB）的作用下，通过加入Cr （VI）氧化刻蚀银核金壳纳米粒子，在最佳优化条件下，（CTAB的浓度为0.2M,溶液的酸碱性pH值为2.00），可以快速简便地检测微量Cr（VI），利用肉眼可以直接观察到10-7M Cr（VI），具有很高的灵敏度和优异的选择性。此外，可以利用紫外可见光谱仪在1×10-8M至8×10-6M定量检测Cr（VI）。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 纳米材料简介
• 1.1.1 发展概述
• 1.1.2 纳米材料的特性
• 1.1.3 纳米材料的潜在危害
• 1.2 金、银纳米粒子在液相中的制备方法
• 1.2.1 种子法
• 1.2.2 模板法
• 1.2.3 光化学还原法
• 1.2.4 微乳液法
• 1.2.5 溶胶-凝胶法
• 1.2.6 水热法
• 1.2.7 其它方法
• 1.3 金、银纳米材料的应用
• 1.3.1 金、银纳米材料在生物医学方面的应用
• 1.3.2 金、银纳米材料在催化方面的应用
• 1.3.3 金、银纳米材料在微晶半导体及彩色民用玻璃开发方面的应用
• 1.3.4 金、银纳米材料在表面增强拉曼散射（SERS）方面的应用
• 1.3.5 金、银纳米材料在分析化学中的应用
• 1.4 论文的研究内容及其研究意义
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 研究意义
• 2 种子法制备球形银纳米粒子
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 主要仪器与试剂
• 2.2.2 金种子的制备
• 2.2.3 银纳米粒子的制备
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 样品的 XRD 结果
• 2.3.2 样品的 UV-vis 光谱分析
• 2.3.3 样品的 TEM 表征
• 2.3.4 样品的能谱表征
• 2.4 银纳米粒子的形成机理
• 2.5 本章小结
• 3 室温下简便制备不同形貌银纳米粒子的绿色方法
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 仪器和试剂
• 3.2.2 球形和多面体银纳米粒子的制备
• 3.2.3 六面体银纳米粒子的制备
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 形貌分析
• 3.3.2 银纳米粒子的晶体结构分析
• 3.4 不同形貌银纳米粒子的生长机制
• 3.5 本章小结
• 3+'>4 功能化金纳米粒子比色法检测 Cr³⁺
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 材料与表征
• 4.2.2 P3O105--AuNPs 的制备
• 4.2.3 比色法检测三价铬离子
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 多聚磷酸钠和溶液酸碱性的影响
• 4.3.2 检测三价铬离子的灵敏性和选择性
• 4.3.3 功能化金纳米粒子分析实际水样
• 4.4 本章小结
• 5 基于氧化刻蚀银核金壳纳米粒子比色检测水溶液中的铬（Ⅵ）
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 材料与表征
• 5.2.2 银核金壳纳米粒子的制备
• 5.2.3 银核金壳纳米颗粒比色检测铬（Ⅵ）
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 铬（Ⅵ）检测机理
• 5.3.2 比色法检测铬（Ⅵ）的最佳优化条件
• 5.3.3 比色法检测铬（Ⅵ）的选择性和灵敏性
• 5.3.4 银核金壳纳米颗粒溶液分析检测实际水样中的铬（Ⅵ）
• 5.4 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 本论文的主要结论
• 6.2 本论文的创新点
• 6.3 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 硕士期间发表的论文情况