纳米化学分析第1篇

关键词：纳米粒子；化学制备方法；应用

大气、各种微粒子粉尘、烟尘等各类尘埃物中都存在着大量的纳米粒子，但是自然界中存在的纳米粒子大多属于有害污染物，无法对其进行直接利用。随着社会的发展和时代的进步，通过人工制备的手段来利用各类有益的纳米粒子已经成为重要研究方向。由于纳米粒子具有奇特的化学性能、热学性能、磁学性能、电学性能以及力学性能等，目前被世界各国的科学人员所关注与高度重视。

一、纳米粒子的化学制备方法及应用

（一）气相化学反应法及应用

利用气相化学反应法来制备超微粒子，其具有活性与化学反应高、分散性好、粒径小、纯度高、粒子均匀等特点，适用于非金属化合物、金属化合物以及各类金属纳米粒子的制备。该方法包括气固反应法、气相合成法、气相分解法，其中对于气相合成法而言，其主要是指在高温条件下，借助多种物质之间的气相化学反应，有效合成相应的化合物；然后通过快速冷凝来制备出纳米粒子，具有互换性与灵活性。利用激光诱导气相法进行纳米粒子的合成时，往往会出现反应原料问题，C2H4、SiH4等会吸收激光光子，其反应式为：2SiCI4（g）+C2H4（g）2SiC（s）+6H2（g），3SiH4（g）+4NH3（g）Si3H4（s）+12H2（g），其中得到的SiC（s）和Si3H4（s）都是纳米粒子。值得注意的是，气相合成法制备纳米材料时，关键需要促进沉积速度的提升，以传统真空蒸发为依据，利用激光和超声波等加热手段进行制备，这样纳米材料会具有很好的分散性与透明性，但是具有成本高与产量小的缺点。

另外，气相分解法是对中间化合物进行预处理，通过加热、蒸发和分解等来获得纳米粒子；而气相热分解的原料多是采用金属氯化物与有机硅等，如Si（OH）4、Fe（CO）5等。气相分解法在制备纳米薄膜材料方面的使用最多，如秃涎趸物、硼化物、碳化物和金属氧化物等功能与结构材料的制备，并且广泛应用于太阳能利用、光学材料、表面装饰、热电材料和气体传感器等领域。

（二）湿化学法及应用

1.水热合成法

该方法多是在高气压或100～350℃的环境下，让有机化合物或无机化合物与水进行化合，然后控制物理过程与加速渗析反应，在此基础上进行过滤、干燥与洗涤等，从而得到超细与高纯的微粒子。一般可在不同的实验环境下采用水热合成法：①密闭动态：将加磁性转子置于高压釜内，密闭后将其放在电磁搅拌器上，动态环境下保温会加快合成的速率；②密闭静态：在高压反应釜内放置沉淀物或金属盐溶液，密闭之后加恒温，静止情况下长期保温。当前此方法在高压高温的水中溶解其他金属或锆盐，会得到高质量的磁性氧化铁、氧化铝、氧化锆纳密粒子。

2.水解沉淀法

利用水解来使化合物生产相应的沉淀物，基本是利用水合物与氢氧化物，选用各类无机盐作为水溶液的原料，以此来制备超微粒子。以无机盐为依据来配制水合物，对其水解条件进行控制，合成单分散性的立方体或球状的纳米粒子，如水解三价铁盐溶液，获得a―Fe2O3纳米粒子等。此外，金属醇盐与水进行反应，可以生产水合物、氢氧化物和氧化物的沉淀，因此可以多种醇盐为基础，利用干燥、沉淀和水解等手段来制备氧化物陶瓷纳米粒子。

3.共沉淀法

该方法主要是在溶液中混合各种阴离子，当特定的阳离子加以沉淀时，溶液中的其他离子也会陈定，从而达到原子级的混合。溶液中的pH值主要包括草酸盐、硫酸盐、碳酸盐和氢氧化物等，这些物质构成沉淀溶液时，其调节范围相对灵活，金属离子会随pH值的升高而依次沉淀，形成混合沉淀物[3]。由于沉淀属于分别发生，要想避免共沉淀方法出现分别沉淀的倾向，可以适当使沉淀剂浓度加以提高，然后导入金属溶液，搅拌溶液，确保溶液中金属离子全都符合沉淀的条件，保证沉淀的均匀性。当然沉淀物转变为产物化合物时，往往需要进行加热反应，这样无法有效控制其构成的均匀性。

二、纳米粒子的应用领域

由于纳米粒子具有的宏观量子催化效应与隧道效应、量子效应、界面与表面效应、小尺寸效应，因此其在增强增韧性能、性能、储氢性能、磁性能、光学性能和催化性能等方面具有特殊的功能，在各个领域得到了广泛的应用。通常纳米粒子在生物医学材料、增韧补强材料、隐身材料、光学材料、磁性材料、纳米电子器件、催化剂。

（1）光学隐身材料方面：激光隐身、红外隐身、微波隐身、光隐身等纳米光学隐身材料。

（2）半导体方面：纳米光敏材料、纳米气敏材料、纳米湿敏材料、纳米压敏材料、纳米温敏材料等。

（3）生物材料方面：纳米复合骨替代材料、纳米复合牙齿替代材料等。

（4）磁性材料方面：纳米磁制冷工质材料、纳米微晶稀土永磁材料、纳米微晶软磁材料、纳米磁记录材料、纳米巨磁电阻材料等。

（5）增强结构材料方面：纳米焊接技术、纳米颗粒助烧结材料、纤维增强材料、纳米晶须、纳米颗粒增强材料等。

三、结束语

纳米材料和纳米技术是当前最具发展前景的材料，已经成为材料领域的重要研究问题。通常纳米粒子作为功能材料，可应用于生物学、声学和光学等，而其作为结构材料，则可制备三维纳米碳管、二维纳米薄膜、一维钠米晶须等。目前在社会快速发展的背景下，多是通过人工制备的手段来直接制备有益的各类纳米历史，而实际上人工制备所需的纳米粒子十分困难。

参考文献：

[1]高友志，王猛，颜范勇等.水凝胶/金属纳米粒子复合物的制备及其在催化反应中的应用[J].化学进展，2014（04）：626-637.

[2]朱霞萍，彭道锋.四氧化三铁/二氧化硅复合磁性纳米粒子的制备与表征[J].精细石油化工，2010（04）：57-60.

纳米化学分析第2篇

关键词：纳米材料；化学化工领域；应用

基于现代科学技术不断进步的基础上，纳米材料是一种新型材料，具有独特的性质，在特殊结构层次的影响下，表面效应、小尺寸效应以及宏观量子隧道效应是其主要的特点。在化学化工领域内，纳米材料具有良好的应用价值，以下进行具体分析。

1纳米材料及其特性

纳米材料是一种新型材料，三维空间中至少有一维处于纳米尺度，或者以纳米尺度作为基本结构，该材料的尺寸结构特殊，相当于10-100个原子紧密排列在一起。纳米科技将成为21世纪科学技术发展的主流，它不仅是信息技术、生物技术等新兴领域发展的推动力，而且因其具有独特的物理、化学、生物特性为涂料等领域的发展提供了新的机遇。

纳米材料主要由纳米晶粒和晶粒界面两部分组成，其晶粒中原子的长程有序排列和无序界面成分的组成后有大量的界面（6×1025m3/10nm晶粒尺寸），晶界原子达15%～50%，且原子排列互不相同，界面周围的晶格原子结构互不相关，使得纳米材料成为介于晶态与非晶态之间的一种新的结构状态。纳米材料主要有四方面特性，分别是表面效应、小尺寸效应以及宏观两字隧道效应，以下分别进行具体分析：

一是表面效应，纳米材料的表面效应是指纳米粒子表面原子数与总原子数的比例值随着粒径变小而急剧增长后所导致的性质改变。根据相关研究表示，伴随着粒子直径的缩短，避免原子个数的增长速度迅猛，而表面原子由于周围缺乏相邻原子，呈现不饱和性状态，强化了纳米粒子的化学活性，从而使得纳米材料能够在吸附、催化等作用上明显的优势。

二是小尺寸效应。小尺寸效应即为纳米粒子的粒径小于或等于超导态的相干波长时，其周期性的边界条件将被损害，从而使得纳米材料的化学性质、催化性质相对于其他材料来说有着明显的区别。小尺寸效应不单单显著扩展了纳米材料的物理与化学特性范围，并且大大拓展了其应用领域。

三是宏观量子隧道效应。该效应主要是指纳米粒子能穿越宏观系统的壁垒而出现变化的一种特征。这一效应对纳米材料的基础研究与实际应用都有着十分关键的作用。宏观量子隧道效应限制了磁盘对信息存储量的限制，明确了现代微电子元件微型化的极限。

四是量子尺寸效应。该效应主要是指纳米粒子尺寸持续减少到某一数值时，纳米能级周边的电子能级可以转变为分离能级粒。这一效应使得纳米粒子拥有高水平的光学非线性、光催化性等特征。

总的来说，纳米材料与其他材料不同，拥有众多与众不同的特性，这使得其在力学、磁学、热学等各个领域都拥有十分重要的应用价值，并给资源利用拓展了更大的空间。

2纳米材料在化学化工领域内的应用

2.1在环境保护方面的应用

纳米材料以其自身基本特性在环境保护领域内发挥着重要的作用，为空气污染与水体污染治理等提供了可靠的技术支持，改善了空气与水体质量，满足可持续发展理念下环境保护的基本要求。

就纳米材料在空气净化方面的作用来看，其具有细微的颗粒尺寸，并且纳米微粒表面形态特殊，粒径大小各不相同，对着粒径的减少纳米微粒表面粗糙状态加剧，最终形成凹凸不平的原子台阶，从而对空气污染进行科学化治理，提高空气净化效果。纳米材料与技术在汽车尾气超标报警器与净化设备中也具有良好的应用效果，能够有效提高设备性能，从而切实减少汽车排放尾气中所含的有毒物质，降低空气污染指数，从而为社会群体的工作与生活提供优质的环境。除此之外，纳米材料与技术在石油提炼工业中也具有良好的应用价值，能够优化脱硫环节，从而提高石油炼化工业的生产效率。

就纳米材料在污水治理方面的作用来看，其能够有效提取污水中的贵金属，去除污水中的有害物质、污染物质和细菌等，从而改善水质，并能够实现循环利用，对于社会生态的稳定平衡发展具有重要意义。水体中的污染物均可以基于纳米材料与技术来进行治理，在有机污染物与无机污染物上并没有明显差异，尤其是纳米为例光催化作用，能够将水体中的污染物制造为矿化物，从而促进改善水质，去除有害污染物的目标得以顺利实现。

2.2在涂料领域内的应用

纳米材料及技术在涂料领域内也发挥着重要的作用，由于纳米材料存在一定表面效应，其结构层次特殊，与其他材料相比纳米材料的性质比较特殊，并具有一定优势与活力。纳米材料在化学化工领域内的应用主要体现在表面涂层方面，并且受到社会群体的高度灌注。纳米材料及其技术的合理应用，推进了涂料领域内表面涂层技术的不断发展，为化学化工领域各项活动的规范进行提供可靠的技术支持。基于传统涂层技术的基础上，纳米复合体系涂层得以实现，并促进了表面涂层技术的不断发展进步。由于纳米材料具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应和一些奇异的光、电、磁等性能，将其用于涂料中后，除了可以改性传统涂料外，更为重要的是可以制备各种功能涂料，如具有抗辐射、耐老化、抗菌杀菌、隐身等特殊功能的涂料。

基于纳米材料与技术的纳米复合体系涂层的出现和应用，改善了涂料的防护能力，并使得涂料具备防紫外线等作用，使得涂料的使用价值得到明显改善。在汽车装饰喷涂行业中对纳米材料与技术加以合理应用，能够海山汽车漆面的色彩效果；将纳米材料应用于建筑材料涂料中，能够改善热传递效果，并减少透光性，从而优化涂料性能，满足实际使用需求。

2.3纳米材料材料在催化领域中的应用

催化剂在众多化工领域中都占据着十分重要的地位，其能够控制反应时间、提升反应速度与效率，显著提升经济效益，减少对生态环境的污染。首先，光催化反应。纳米粒子作为光催化剂拥有粒径细、催化效率高等优势，十分容易利用光学手段来对界面的电荷转移进行等特点进行研究。例如，利用纳米Ti02应用在高速公路照明装置的玻璃罩面中，由于其拥有较高水平的光催化活性，能够对其表面的油污进行分解处理，从而保证其良好的透视性。又例如，在火箭发射所使用的固体燃料推进器中，如添加大约为1wt%的超细铝或镍颗粒，可以使得其燃烧使用率增加100%。将表面为180m2/g的碳纳米管直接应用在NO的催化还原中，从而可以增加NO的转化率。

纳米化学分析第3篇

关键词：化学修饰电极；纳米材料；环境分析

一、碳纳米管修饰电极

1. 化学修饰电极的制备与分类

化学修饰电极的制备是化学修饰电极的关键问题，制备过程中关于修饰方法、过程步骤、制备的优劣都对化学修饰电极有着重要的影响。我们按照化学修饰电极上面固定材料的类型可以将其分为单分子层、多分子层以及组合型等三大类. [1]其中多分子层以聚合物薄膜为主。电极表面的修饰方法按照修饰类型的不同可以分为共价键合法、吸附法和聚合法三类。但是通常情况下我们不会使用单一的方法，而是这几种方法组合使用完成对化学电极的修饰过程。大体的分类如图1所示：

图1 化学修饰电极的制备和分类

（1）共价键合型

我们实际生活中经常用到的固体电极如金属、金属氧化物以及石墨等等，表面存在着多种含氧基。我们可以对其进行氧化还原处理增加含氧基的数目，让其与修饰化合物进行共价键合反应，把特定的功能基团留在电极的表面上。共价键合法的修饰物固定比较牢靠，但是修饰过程复杂，并且修饰效果不高。

（2）吸附型

吸附法最常见的应用是单分子层修饰电极的制备，有时也用于制备多分子层修饰电极。

（3）聚合物型

聚合物型是利用一些聚合方法方法在电极表面形成修饰膜。其中电化学聚合方法是很重要的薄膜合成法方法之一，它主要是利用氧化或者还原反应在电极上产生自由基，然后再经过缩聚反应制备该薄膜。聚合物方法形成的薄膜稳定，厚度均匀并且可控。因此在薄膜制备中得到了广泛的应用。

2. 碳纳米管修饰电极类型

纳米材料表面覆盖着的是一层非晶层，该层没有短程序和长程序。由于原子的周围原子很少，产生了许多悬空键表现出极大地极性。具有相当高的催化效率，因此其是一种很好的修饰材料，并且具有极大的潜力。现如今关于碳纳米管修饰材料的研究很热门。

鉴于碳纳米管的良好的电子特性，其进行化学反应时能很好地促进电子的迁移。关于单壁和多壁的纳米管都可以用来修饰电极和制备电极。其主要分为以下四种类型：

（1） 碳纳米管糊电极

Britto 在1996年将碳纳米管调匀后导入到玻璃管中，并用导线引出，制备出来了碳糊电极。这是碳纳米管在点分析中的最早应用，随后牛津大学、清华大学等也相继制备出了各种糊电极应用于各个领域。[2]但是上述几种纳米管普遍存在着重复性较差、寿命较短等，虽然制备过程较为简单，但是应用受到限制。因此，人们开始便致力于应用更广泛的碳纳米管薄膜修饰。

（2）碳纳米管薄膜修饰电极

碳纳米管有着诸多上述优良特性，但是其的不溶性大大限制了其在碳纳米管薄膜修饰电极方面的应用。碳纳米管的不溶性表现为其几乎不溶于所有溶剂。我们在制备前需要将其进行超声分散得到悬浮体系。根据所用分散剂的不同我们分为以下几个体系：碳纳米管-有机溶剂分散体系、碳纳米管-硫酸分散体系和碳纳米管-表面活性剂分散体系。

二、碳纳米管修饰电极在环境分析中的应用

1.碳纳米管修饰电极测定环境中的重金属阳离子

环境中的重金属阳离子Pb2+、Cd2+、Hg2+等是重金属污染物，严重危害着人们的健康发育，因此对其检测是至关重要的。利用纳米管―石墨糊电极对水体进行测定，性能稳定，使用寿命长，是一种较好的选择。

2. 碳纳米管修饰电极测定环境中的阴离子及其化合物

存在于工业废水以及食物中的亚硝酸根离子对人来有致癌的危险，研究其相关测定方法具有重大意义。人们借助一种对NO2-具有高灵敏度高选择性的壳聚糖-碳纳米管修饰电极可直接富集和测定水样中的NO2-，检测效果较好。

3.碳纳米管修饰电极测定环境中有机污染物

为了测定水环境中的苯酚含量，我们采用多壁纳米管修饰电极对其进行测定。该修饰电极具有较强的吸附特性，苯酚存在着较强的富集效率。使得苯酚在修饰电极上的氧化峰电流显著增加进行测定。

三、展望

碳纳米管修饰电极是一类新兴的电极，在环境分析中有广阔的应用前景。如能进一步研究碳纳米管的分散剂，使碳管和分散剂的作用结合起来，利用吸附和键合作用于待测物质以提高对其测定的灵敏度，必将使碳纳米管修饰电极的应用产生一个新的飞跃。

参考文献：

[1] 姚佳良，彭红瑞，张志琨1纳米碳管的性质及应用技术[J]1青岛化工学院学报，2002，23（2）：39～43

纳米化学分析第4篇

【关键词】磁性纳米药物载体；系统构建；药物递送；疗效

纳米技术是上个世纪80年代被研发的一种高新技术，其由多门学科交叉而形成的，在各个领域均有所应用。磁性纳米药物也是由纳米技术研制出来的，其具有磁学性能，在肿瘤的临床治疗上取得了可喜成果。该系统的构建旨在使改性材料实现智能化与特异性的目标，这在降低排斥反应出现的概率，药物顺利递送提供了正能量，基于此本文展开论述。

一、药物释放载体系统的构建与生物评价学分析

智能纳米材料主要包括传感、处理、执行这三大基本性能。智能化磁性纳米药物载体系统构建过程中需要对很多因素进行综合分析，而对智能纳米材料的三大基本性质进行分析是基础，例如执行功能能够定时、定点和定量地实现体内生物功能。

药物释放载体系统作为智能化磁性纳米药物载体系统的一种类型，其在构建之时将疾病诊断、药物装载、靶向递送和执行治疗整合在一起，从而使该系统借助接枝诊断因子达到探测患者初始病症的目标。在抗体/配体或其他靶向因子的协助下，实现对目标生物位置靶向运输和精准定位的目标；借用生物体内包含的荧光物质达到对体内实时监测的目标；在聚乳酸、聚乙烯醇等聚合物的协助下，整个递送系统与生物个体之间的相容性能被强化，在此过程中药物的有效封装不再是幻想；此外，该系统还可以将接枝所用的化学传送给靶向因子或抗w。

该类型的智能化磁性纳米药物载体系统还能够把药物或治疗基因强制性的封存在载体中，不仅仅能够大幅度降低药物对生物机体的毒性和副作用，也可以将特殊药物或基因传输至机体靶细胞上，借助接枝其他功能型分子的途径，使自体具备对光、电、磁、热等刺激及时响应的功能，继而在将外界刺激作用于病区上，此时智能化磁性纳米药物载体系统递送的智能化药物控释载体能够精确的感知外界刺激信号，最后将预先设置的功能选项执行出来，这样药物就可以依照预定方案实现控制性释放的目标，最终对病患细胞实现治疗的目的。

二、基于热响应性金纳米粒子智能药物递送系统的研究

在该智能化磁性纳米药物载体系统内，磁性纳米颗粒主要作用被设定为定位与靶向，金纳米粒子最大的功能就是成像。系统在构建之时利用高分子聚合物材料有效的将上述两类纳米粒子囊括在一个体系中，在此过程中使其具有载运药物的功能，借此途径去使该智能化系统有效应用磁信号把复合纳米药物载体输送至病患细胞处。在金纳米粒子成像功能的辅助下，从而达到对药物颗粒运载情况实时监测的目标，具体是指粒子的转运机制、作用部位和药物浓度。最后在pH等外界特性刺激信号的支配下，促使高分子聚合物对药物定点、定量释放进行合理的降解，实现对病患根治的最终。该智能化磁性纳米药物载体体系作用于癌症细胞，使其表现出弱酸性，从而促使聚合物解体快速将内部包含的药物递送出来。该智能化系统的构建能够达到对癌变细胞智能化诊断和治疗的目的，与此同时大幅度的提升药剂递送的精准性，此时药物的利用效率显著的提升也是必然的事实，并且能够有效的减轻药物毒副作用，可见基于热响应性金纳米粒子智能药物递送系统在临床诊断与治疗方面具有宽阔的应用空间。

Conner等人利用一种以近似红外光为刺激信号的智能药物载体，构建了热响应性金纳米粒子智能药物递送系统，该治疗系统最大的特色在于利用金纳米颗粒有效的处理了近红外光的产热效应。在对荷瘤小鼠实现进行光热疗法时，抗癌药物有效的被释放出来，同时在Ce6所产生的活性氧辅助下达到杀灭癌细胞的目标，取得的应用效果是极为可观的。

三、关于介孔硅纳米智能药物递送系统的研究

介孔硅纳药物递送材料（MSN）凭借自体较高比表面积、孔径结构的有序性、表面富含活性基团羟基（-OH）的性能，在研发降解新药物载体上具有较高频率的应用。介孔硅纳米智能药物递送系统在生物医学领域的应用，是基于介孔材料表面大批量被功能化修整基础上的，这样该智能化磁性纳米药物载体系统就能够高效率的对各类外加刺激信号，以及对特质生理环境形成的效应进行精确而刺激性的回应。正因如此，MCM-41、MCM-48，、MCM-50等介孔硅结构在化学催化、分离吸附、药物递送控释等众多领域具有较高的应用潜力。

磁性-介孔硅复合结构的纳米颗粒的构建，可以将抗癌药物精确的传送至肿瘤并发部位。该体系在构建之时，制备实心硅球是前提，继而在碱腐蚀法的作用下雕刻出中空介孔硅，MnFe沉积的磁性表面层的构建，为磁性热响应性控制释放体系的完善奠定基础，最后在外加磁场的辅助下，药物载体向病灶位置递送的目的得以实现。

四、结束语

在生物医学领域，智能化磁性纳米药物载体系统具有广阔的发展前景，其借助材料自体物理、化学、生物性质，实现智能靶向与精确定位的目标。当然，其特质性生物学用途为临床疾患诊断与治疗效果的提升注入了巨大的动力。也就是说，纳米材料、生物医学和信息技术有机整合，使生物材料在响应、药物递送和疾病诊疗等方面体现智能化特色，从而使患者少受病痛的折磨，为人类健康做出贡献。

【参考文献】

纳米化学分析第5篇

【关键词】功能性 纳米材料 电化学 免疫传感器

【Abstract】The immune sensor is based on the close cooperation with the selective immune response and is suitable for the signal conversion technology， to monitor antigen - antibody response of biological sensors， gradually get rapid development and extensive application in many fields. In recent years the electrochemical immunosensor main research direction， in general is to improve the sensitivity， accuracy， selectivity， response time， and this article will use the single-walled carbon nanotubes as electrode， using its good conductivity， high surface area ratio， through the modification of carbon nanotubes wall and pipe end and biological molecular bonding， and keep the activity of biological molecules， the electrochemical immunosensor extremely symbolic significance. This paper combines the specific relevant theories and analysis， the application of functional nano materials in electrochemical immunosensor for research.

【Key words】Functional； Nano materials； Electrochemical； Immunosensor

免疫传感器的一般工作原理为固定在换能器上的抗体（抗原）对样品介质中的抗原（抗体）进行选择性免疫识别，并且产生随分析物浓度的变化而变化的分析信号。在抗体的不同区域和抗原决定簇之间的高选择性反应主要包括疏水力、静电作用力、凡德瓦尔力和氢键作用力。近年来纳米材料在电化学免疫传感器上的应用也发展得相当迅速。由于纳米材料具有表面积大、表面反应活性高、表面活性中心多、催化效率高和吸附能力强等优异性质，将纳米微粒应用于电化学免疫传感器中，可以提高传感器测量的灵敏度、准确性、减少采血量和检测时间[1]。作为免疫分析技术的一个重要分支，免疫传感器除了具有传统免疫分析方法所共有的性能特点外，还具有高选择性、高灵敏度、可逆性和剂利用的高效率等优点。另外，免疫传感器大都制备简单，便于实现自动化、数字化和微型化，因此可以避免传统免疫分析方法所附带的一系列问题，故在临床分析、环境分析和生物监测过程中显示了强大的应用潜力[2]。因为免疫传感器常用来测量源于分析物和固定的抗体/抗原之间的反应而产生的信号，所以将抗体（抗原）固定在原始换能器表面的固定化过程在免疫传感器制备中有着重要的作用。大量的固定法已用于各种免疫传感器，如静电吸附、包覆法、交联法、共价键结合法等。

1 电化学免疫传感器的工作原理

由于电化学免疫传感器具有高灵敏度、低成本和便携等优点，成为免疫传感器中研究最早、种类最多，也较为成熟的一个分支。电化学免疫传感器的基本工作原理是：采用电化学检测方法来检测标记的免疫剂或一些由酶、金属离子和其它电活性物质标记的标记物，从而对疾病诊断或病人状态监测中复杂系统的多组混合物进行分析提供有力数据[3]。用于电化学免疫传感器检测中的换能器主要分为电位型、电导型、电容型、阻抗型和安培型等装置。电位型传感器现在已经被公认为是一种成熟的传感器，已有大量的商品化产品。对于电位型传感器，当电流流动为临界点时，换能器界面处于平衡状态，此时电极或者表面修饰膜的电位变化与溶液定金属离子活性呈对数比例关系，这就是电位型换能器的基本工作原理。这类生物传感器具备制备简单、操作容易及选择性良好的优点[4]。

2 功能性纳米材料技术

与块状物质相比，金属和金属氧化物纳米粒子由于其新颖的材料特性，近年来已被广泛研究。少于50个金属原子小团簇可以产生像大分子一样的效果，但大于300个原子的大团簇表现出大体积样品的性质，介于这两种极端之间的材料，通常为纳米材料，有许多未知的化学和物理性质，这也是许多研究一直集中于纳米材料的一个原因。纳米材料具有依赖于其尺度的光、电和化学性能[5]。纳米材料可以应用到许多领域，如光学器件、电子器件、催化、感测技术、生物分子标记等。考虑纳米粒子的优点，如大面积、高催化性和良好的亲和性，如今，多种纳米材料已被用来包覆蛋白质。常用的有纳米碳管（CNTs）、金胶体（Au colloidal）、量子点以及纳米二氧化钛。CNTs自从1991年被发现以来，引起了一股研究热潮。纳米直径的圆筒形石墨片状的CNTs具备高电导率、良好的化学稳定性、非常显着的机械强度和成模性。纳米碳管可以与DNA分子自组装（self-assembly）。根据理论预测与实验验证，DNA/CNTs 层可作为新的电子材料[6]。由于DNA溶液可以胶化，混合的DNA/CNTs层能够在金属电极表面保持稳定，可以用来研究一些电化学现象或检测一些蛋白质性质。此外，带正电荷的蛋白质可被固定在带大量负电荷的DNA修饰层上。多壁纳米碳管与DNA混合后，可成功地固定在铂电极表面，更进一步的研究表示，细胞色素C可被强吸附在修饰电极表面形成一种近似的单分子层。

纳米技术的快速发展为纳米粒子在生物传感器和生物分析中的应用开拓了新的方向，由于其独特的物理、化学性质，纳米粒子引起了纳米科学家的极大兴趣，这些性质使其在化学和生物感测方面具有广阔的应用潜力。近年来，组成和空间结构不同的纳米粒子被广泛应用于不同生物分子识别的电学、光学和微量感测中。胶体金（Colloidal gold）和半导体量子点纳米粒子在生物分析中应用得非常广泛。通过与生物识别反应和纳米生物电子的耦合作用，能极大地提高这两种纳米粒子的用途。纳米粒子放大标记以及纳米粒子-生物分子的自组装产生极大的信号增强作用，为制造超灵敏的光学和电学检测奠定了基础，其灵敏度可与聚合物酶链反应（PCR）相比[7]。

纳米材料独特的性质使其在设计具有高灵敏度和选择性的核酸和蛋白质检测方法中具有广阔的应用前景。由于可以制得不同尺寸、组成和形状的纳米材料，调节其物理化学性质，使其在生物感测和生物分析中得到广泛的应用。由于纳米材料的小尺寸效应，其性质很大程度上受到与其结合的生物分子影响。近几年，不同组成的纳米粒子作为多种用途、灵敏的标记物被广泛地应用于识别不同生物分子的电子、光学和微天传感器中。纳米粒子放大标记以及纳米粒子-生物分子的自组装产生极大的信号增强作用，这种技术结合了纳米粒子-生物分子自组装的放大特性和光学或电化学传感器的高灵敏性，将多个基于纳米材料的放大单元和过程结合，也能够设计出多重放大器，满足现代生物分析对更高灵敏度的需求[8]。金属纳米粒子独特的催化性质能在其本身或另一种金属纳米粒子的刺激下实现放大信号的功能。也可以通过将大量的能够产生信号的分子封装在纳米粒子中以提高每个结合过程标记物的数量，达到放大信号的目的。这些基于纳米材料的生物感测和生物分析方法还能够与其它的放大技术结合。如图1所示。

3 基于功能性纳米粒子的电化学免疫传感器与应用

基于抗体和抗原的特异性反应，免疫传感器为免疫剂的分析提供了一种灵敏的选择性的方法。在此方法中，免疫材料被固定在传感器上，通过标记物与其中一种免疫剂的复合物对分析液进行测量[9]。一般是通过测量标记物的特异活性，例如放射性、酶活性、荧光、化学发光或生物发光对分析物进行定量。但是每一种标记物都有自己的优缺点，含有金属标记物免疫检测的金属免疫检测，以克服一般的放射性标记，荧光标记和酶标记的缺点。电化学检测的金属免疫分析具有以下几种优点：如，检测液用量少、样品不用纯化、灵敏度好、仪器设备相对便宜。尽管电化学技术能够检测到nano-mole有机金属化合物或金属离子，与能检测到pico-mole级的荧光检测方法相比，灵敏度还不够高。使每个结合物上含有最大量的金属标记物的理想方法是使用包含上千个金属原子的金属纳米粒子。由于其优越的氧化还原活性，胶体金是电化学免疫感测和免疫标测标记物的最佳选择。现已建立了一种基于金纳米粒子循环累积的新方法，通过阳极溶出技术检测人的免疫球蛋白（IgG）[10]。在生物素存在下，脱巯基生物素和亲合素的解离反应为能够分析最终定量的金纳米粒子的循环累积提供了有效的路线。阳极峰电流随着循环次数的增加而增大。五个循环的累积即可满足该分析方法的需要。这种方法的优点就是背景值很低，从而使人IgG的检测极限可达0.1ng/ml。如图2、图3所示。

4 结语

纳米技术为设计超灵敏的生物传感器和生物分析方法提供了很大的机会。纳米粒子在生物传感器放大和生物分子识别具有巨大的潜力及应用价值。新的纳米粒子感测技术的超强灵敏度，为常规方法检测不到的疾病标记物提供了可行性。这种高灵敏的检测方法还能够实现疾病的早期诊断或预警。纳米粒子标记物在蛋白质检测中的应用还处于起步阶段。但超灵敏的DNA检测中的应用会为蛋白质的检测提供好的起步。

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纳米化学分析第6篇

关键词：纳米氧化锌；制备；研究

前言

在林林总总的材料家庭成员中，纳米复合材料已是其中一位新成员。传统材料缺乏系统的理论支撑，纳米复合材料也需要新理论来加以完善及补充。纳米复合材料在这些新理论、新机理基础上将发展得更完善，并向多元化及功能化方向发展。纳米ZnO是一种具有特异性能且用途广泛的特殊材料，因此材质原因决定其超细的外型。世界各国都加大财务物力加以开发研制，这也是我国“863计划”中的一个重点课题。用它可以生产各种用于特殊环境的材料，如抗菌包装材料和抗菌塑料复合母料，可获得可观的经济效益。从纳米ZnO的用途及性能，人们看到了其广阔的经济利润及市场。我国广阔的土地上富含Zn资源，这对纳米ZnO的开发利用有很利。纳米ZnO粒子表面极性较高，表面没经过处理的纳米ZnO的表面能比处理过的高出很多且很容易团聚，但与聚合物几乎不相容，因此，实现纳米ZnO粒子的超细微分散是得到性能优异的纳米复合材料的关键。表面处理即表面修饰，如此可以降低纳米材料的表面极性，提高纳米粒子在有机介质中的分散能力和亲和力，扩大纳米材料的应用范围。目前，利用化学方式在纳米表面添加适当覆盖层材料、改变纳米表面形貌使其表面钝化是纳米ZnO表面修饰的主要方法。

1 制备方法

1.1 反应机理

以七水合硫酸锌为锌源，以尿素为均相沉淀剂，采用均相沉淀法在微波辐射条件下制备纳米ZnO，反应机理为：

90℃时尿素发生分解：

CO（NH2）2+3H2O2NH4OH

3Zn2++4OH-+H2OZnCO3・2Zn（OH）2・H2O

450℃焙烧时：

ZnCO3・2Zn（OH）2・H2O3ZnO+CO2+2H2O

1.2 测试仪器、试剂及装置

微波炉（格兰仕）；磁力真空泵（上海西山泵业有限公司）；液体流量计（苏州流量计厂）；876-1型真空干燥器（上海浦东跃欣科学仪器厂）；721分光光度计（上海第三分析仪器厂）；循环水式多用真空泵（郑州市华科仪器厂）。

用日本日立公司的S-570 扫描电子显微镜和H-600 透射电子显微镜分析纳米颗粒的形态和尺寸；用美国Nicolet 公司的FT-IR Avatar 360 红外光谱仪分析纳米颗粒的化学组成；用美国Perkin-Elmer 公司的DeltaSeries 7 热分析系统分析中间产物。ZnSO4・7H2O，AR（上海金山区兴塔美兴化工厂）；尿素，AR（中国医药集团上海化学试剂公司）。

1.3 制备过程

实验过程分四个步骤：（1）准备好一定量的蒸馏水，将事先称取好的适量硫酸锌、尿素分别加入蒸馏水中，将以上蒸馏水倒入三颈烧瓶中使之充分混合后放入微波反应器中；（2）接温度计和冷凝管，不断搅拌三颈烧瓶中的混合物，使之升温，在升温过程中尿素逐渐分析，溶液变浑浊，随之出现大量白色深沉，在一定的微波辐射下，反应一定时间后停止。（3）将三颈烧瓶放入冷水中冷却至室温后过滤，用pH=9的氨水和无水乙醇分别润洗、抽滤，再经真空干燥24h。（4）将粉末取出、研磨，放入马弗炉，在450℃下灼烧两小时，研磨后可得纳米ZnO。

2 结果与讨论

2.1 粉体的SEM分析

硫酸锌浓度0.15 mol/L[1]，温度93℃，时间2h[1]，在不同硫酸锌与尿素摩尔比下制备纳米ZnO[2]。可见粒子形态是长条形并且随着摩尔比的增加其长度明显增加。

图1（b）中的颗粒宽为30～40 nm，图1（c）中的颗粒宽为50 nm，而图1（a）中纳米颗粒粒径为30 nm左右，这是由微波的非热效应决定的。在微波炉内存在着一个交变电磁场，在电场力作用下，CO32-会沿着电场方向排列，使晶粒优先沿电场方向生长，可得到形状规则的长条形纳米ZnO，且随着尿素浓度的增加，长度也明显增加。在此反应中，过量的CO32-还会一定程度地阻止纳米ZnO 颗粒间的凝并现象，使细长的晶粒得以保存下来。

2.2 样品的IR分析

纳米ZnO的IR分析见图2。由图可知，3513.46cm-1处的吸收峰为氢键的O-H 伸缩振动吸收带；1523.18cm-1处为自由水的H-O-H弯曲振动峰，表明纳米ZnO容易吸水；216.77cm-1处为ZnO的特征吸收峰；1415.14cm-1处的吸收峰可能是少量的碳酸锌。

图2纳米ZnO的IR谱图

3 结束语

纳米ZnO具有较高的表面极性，部分保留原始状态，未经修改的纳米ZnO的表面能高，非常容易团聚，几乎不与其他聚合物相容，由此可知，实现纳米ZnO粒子的超细微分散是生产出性能优异的纳米复合材料的关键。

参考文献

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纳米化学分析第7篇

关键词 过硫酸铵; 聚（苯胺-鲁米诺）复合纳米线; 电化学发光; 过氧化氢

1 引 言

导电聚合物的研究一直以来备受研究者的关注，与金属和碳电极相比，聚合物化学修饰电极可以通过设计各种各样的聚合物膜检测多种物质，对某些物质可以实现选择性检测，提高检测的灵敏度[1～5]。作为一种苯胺类衍生物，鲁米诺的聚合以及聚合态鲁米诺在电化学和电化学发光（ECL）领域的研究受到了人们的持续关注[6～9]，。以聚鲁米诺为发光试剂的电化学发光传感新方法拓宽了鲁米诺电化学发光分析体系的应用范围，简化了基于鲁米诺的电化学发光传感器的构建和分析过程，促进了其在仪器微型化和简单化发展中的应用[10～17]。近年来，有关聚鲁米诺的合成和基于聚鲁米诺的电化学发光传感器的研究应用的进展很快，例如Claver等[12]在电极表面电聚合制备了聚鲁米诺-生物素化吡咯膜，并应用于尿样中胆固醇的测定。Nabid等[18]在聚苯胺磺酸盐存在下，利用辣根过氧化物酶作为生物催化剂在pH=8.0的磷酸盐缓冲溶液中合成了聚鲁米诺/聚苯胺磺酸盐复合物，并研究了该复合物的化学发光特性。本研究组的前期工作中采用电沉积法在电极表面合成了聚（苯胺-鲁米诺）复合纳米线，并将其应用于葡萄糖电化学发光传感器的构建[16]。然而对于聚鲁米诺或者其复合纳米材料在溶液中的合成及应用的研究报道相对较少。

本研究采用了一种简单的化学氧化方法将鲁米诺和苯胺聚合，合成了直径约为30 nm的聚（苯胺-鲁米诺）复合纳米线，该复合纳米线呈现出良好的分散性和稳定性。相对于鲁米诺的最大荧光发射波长，复合纳米线中聚鲁米诺的最大荧光发射波长发生红移。将复合纳米线修饰于石墨电极表面，可形成一层稳定的聚（苯胺-鲁米诺）复合纳米线膜，并呈现出良好的电化学发光特性，H2O2对其电化学发光呈现出良好的增敏效应。本工作提供了一种合成聚鲁米诺类纳米材料的新方法，为聚鲁米诺类纳米材料在化学发光和电化学发光方面的应用奠定了基础。

2 实验部分

2.1 仪器与试剂

79-1型磁力搅拌器（江苏国华仪器厂）; Z383K型高速冷冻离心机（德国哈默公司）; JEM-2100型透射电子显微镜（日本电子公司）; TU-1901型紫外可见分光光度计（北京普析通用仪器有限公司）; 970CRT型荧光分光光度计（上海分析仪器厂）; CHI660B电化学工作站（上海辰华仪器设备有限公司）; IFFM-D型流动注射化学发光分析仪（西安瑞迈分析仪器有限公司），电化学发光池直接放置于光窗上方，光电倍增管负高压为 Symbolm@@ 800 V。电化学发光电解池由常规的三电极体系构成，其中聚（苯胺-鲁米诺）复合纳米线修饰电极作为工作电极，辅助电极为螺旋状铂丝电极，参比电极为银丝准参比电极。

正硅酸乙酯（TEOS），鲁米诺（美国Sigma公司）; TritonX-100（TX-100，北京鼎国生物技术有限责任公司）; 硫酸苯胺（西安化学试剂厂）; 其它试剂均为分析纯，实验用水为二次蒸馏水。

2.2 实验方法

2.2.1 化学氧化合成聚（苯胺-鲁米诺）复合纳米线 室温下，将1.77 mL 表面活性剂TX-100、7.5 mL 环己烷和1.8 mL 助表面活性剂正己醇混合，加入330 μL水，磁力搅拌20 min，形成透明稳定的微乳液， 加入50 μL 0.25 mol/L 硫酸苯胺溶液，磁力搅拌20 min，加入50 μL 0.002 mol/L 鲁米诺溶液，持续搅拌20 min，再加入50 μL 0.5 mol/L 过硫酸铵溶液，持续搅拌反应2 h。反应完成后加入丙酮进行破乳，使纳米颗粒从微乳液体系中析出，离心收集颗粒，依次用丙酮、无水乙醇、水多次超声洗涤纳米复合物，以除去表面活性剂分子和未反应完的反应物，最后将纳米复合物分散在水中， 于室温下暗处储存备用。

2.2.2 聚（苯胺-鲁米诺）复合纳米线修饰电极的制备 将石墨电极（Φ=8.0 mm）先后在粗细的砂纸上小心打磨，超声清洗，用水反复冲洗，晾干备用; 取100 μL合成好的聚（苯胺-鲁米诺）复合纳米线滴在电极表面，室温下晾干，得所需修饰电极。

2.2.3 电化学发光的测定 将复合纳米线修饰石墨电极置于磷酸盐空白溶液（pH 8.0）和含有H2O2的样品溶液的电解池中，施加阶跃电位0～1.0 V于工作电极，记录体系的空白电化学发光强度值和样品的增强电化学发光强度值，并以相对电化学发光强度的峰值高度进行样品的定量分析。

3 结果与讨论

3.1 聚（苯胺-鲁米诺）复合纳米线的合成

采用化学氧化法，首先在反相微乳液中于硫酸介质中合成了聚（苯胺-鲁米诺）复合物，如图1A所示，在反相微乳液合成过程中，微乳液中形成纳米级的水相反应池，苯胺与鲁米诺在过硫酸铵的氧化下发生聚合反应。然而当将此溶液破乳， 并依次用丙酮、乙醇、二次水清洗之后，由反相微乳液形成的纳米级反应池中的聚合物之间进一步发生变化，形成长链纳米线聚合物，如图1B所示，该复合纳米线的直径约为30 nm。该纳米线的生成可能是因为在破乳过程和超声分散、清洗过程中，球形聚合物之间发生接触， 并在超声作用下发生裂解和再聚合过程，形成直径更小、链较长的复合纳米线。该结果表明，采用反相微乳液法可以合成球状聚（苯胺-鲁米诺）纳米粒子，然而苯胺和鲁米诺在水溶液中发生聚合时更易形成线状聚合物[19]。

3.2 聚（苯胺-鲁米诺）复合纳米线电化学发光行为

图2为聚（苯胺-鲁米诺）纳米线修饰电极在PBS缓冲溶液（pH 8.0）中的电化学发光图。由图2可见，聚（苯胺-鲁米诺）纳米线呈现出良好的电化学发光行为，表明苯胺和鲁米诺共同聚合在一起，形成聚（苯胺-鲁米诺）复合纳米线，且聚鲁米诺在其中保持了良好的电化学发光特性。

在上述体系中加入H2O2，考察了H2O2对该体系电化学发光性质的影响（图3）。由图3可见，聚（苯胺-鲁米诺）复合纳米线的空白电化学发光信号和H2O2增敏电化学发光信号均强于纯聚鲁米诺膜电化学发光信号强度。同时，两种修饰电极的电化学发光动力学曲线结果显示（图3插图），相对于聚鲁米诺膜修饰电极，聚（苯胺-鲁米诺）复合纳米线膜修饰电极呈现出更快的电化学发光响应速度。上述结果显示复合纳米线中聚苯胺能够促进H2O2增敏聚鲁米诺的电化学发光效率，复合纳米线具有良好的比表面积和电子传递能力，加速了聚鲁米诺与电极之间的电子传递，从而增强了复合纳米线中的聚鲁米诺对H2O2的电化学发光响应。

为了深入了解聚（苯胺-鲁米诺）复合纳米线电化学发光反应的机理，考察了其紫外-可见吸收和荧光光谱。图4为聚（苯胺-鲁米诺）复合纳米线在水溶液中分散后的紫外-可见吸收光谱图，与文献[19]报道的聚苯胺紫外-可见吸收光谱一致。此材料在430 nm处有微弱吸收峰，并且在700～800 nm处有尾峰，其中350 nm附近的吸收峰源于聚苯胺链中苯环的π-π*电子跃迁，430 nm和700～800 nm处的宽的吸收归属于聚苯胺链中苯环向醌环跃迁[20，21]，此结果表明苯胺在过硫酸铵存在下生成了聚苯胺。

图5为聚苯胺纳米线和聚（苯胺-鲁米诺）复合纳米线在水溶液中分散后的荧光光谱图。从图5可见，纯的聚苯胺没有明显的荧光发射峰，而聚（苯胺-鲁米诺）复合纳米线在465 nm处出现了明显的荧光发射峰，表明在复合纳米线的制备过程中，鲁米诺与苯胺一起发生聚合反应，形成聚（苯胺-鲁米诺）纳米线，荧光光谱的发光体为聚鲁米诺。与鲁米诺的荧光最大发射波长425 nm相比，复合纳米线的荧光最大发射波长发生了明显红移，说明在合成过程中，苯胺和鲁米诺发生了有效的聚合反应，苯胺与鲁米诺的结合改变了鲁米诺的分子结构，从而使复合纳米线中的聚鲁米诺的荧光最大发射波长红移。

3.3 聚（苯胺-鲁米诺）复合纳米线电化学发光分析特性

对电化学发光的条件进行了优化，根据实验结果，选择pH=8.0 PBS作为电化学发光缓冲介质，循环伏安法作为电化学发光电解方式，工作电位为0～0.9 V，电位扫描速度为100 mV/s。

考察了聚（苯胺-鲁米诺）复合纳米线修饰电极电化学发光传感器的分析特性。在选定的实验条件下，此传感器的电化学发光信号与H2O2浓度在5.0×10 Symbolm@@ 9～1.0×10 Symbolm@@ 5 mol/L范围内分段呈线性关系，检出限为2×10 Symbolm@@ 9 mol/L（3σ）。回归方程为I=3.4467×108C + 32.87， r=0.9938（5.0×10 Symbolm@@ 9～1.0×10 Symbolm@@ 7 mol/L）; I=33.964×107C + 35.537， r=0.9926（1.0×10 Symbolm@@ 7～1.0×10 Symbolm@@ 5 mol/L）。对1.0×10 Symbolm@@ 8 mol/L H2O2进行11次连续测定， 其相对标准偏差为3.2%。

此传感器采用电化学发光方法对H2O2进行检测，较之电化学方法测定H2O2有更高的灵敏度[22]。此外，此电化学发光传感器测定过程中不需要在体系中加入额外的发光试剂，成本低廉， 环境友好， 材料表面丰富的氨基可以进行进一步修饰， 有望在生物分析中得以应用[16]。

3.4 聚（苯胺-鲁米诺）复合纳米线及电化学发光传感器的稳定性

将聚（苯胺-鲁米诺）复合纳米线分散在水溶液中，于暗处存放30天后，聚（苯胺-鲁米诺）复合纳米线在水中仍具有很好的分散性; 在同一实验条件下，用相同条件下制备的7支修饰电极分别测定1.0×10 Symbolm@@ 7 mol/L H2O2，所得结果的相对标准偏差（RSD） 为5.2%，用同一修饰电极在10个不同时间段进行测定，RSD为4.6%。电化学发光响应实验结果表明， 在连续进行100次的电化学发光测定之后， 此电化学发光传感器电化学发光强度降幅在5%以内。上述结果表明，此聚（苯胺-鲁米诺）复合纳米线修饰电极具有较好的稳定性和重现性。

3.5 小结

发展了一种简单的方法制备聚（苯胺-鲁米诺）复合纳米线，此聚（苯胺-鲁米诺）复合纳米线膜修饰电极呈现出良好的电化学发光特性。相比于其它纳米材料修饰电极的电化学发光检测体系，本方法不需要在体系中加入额外的发光试剂， 可以在溶液中合成聚（苯胺-鲁米诺）复合纳米线，从而为聚（苯胺-鲁米诺）复合纳米线的进一步修饰和在溶液中的应用提供了方便和可能。

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Electrochemiluminescence Performance of Poly（aniline-luminol）

Composite Nanowires Synthesized by Chemical Oxidation

WANG Yan-Jie1， LI Gui-Xin*1， ZHENG Xing-Wang2

1（Laboratory for Pollution Monitoring and Control， School of Chemistry and Chemical Engineering，

Xinjiang Normal University， Urumqi 830054， China）

2（School of Chemistry and Chemical Engineering， Shaanxi Normal University， Xi′an 710062， China）

Abstract Poly （aniline-luminol） composite nanowires were synthesized by chemical oxidation using ammonium peroxydisulfate. In contrast to the maximum fluorescence emitting wavelength of luminol at 425 nm， the maximum fluorescence emitting wavelength of the polymeric luminol in the composite nanowires was red shifted to 465 nm obviously. The poly （aniline-luminol） composite nanowires were modified on graphite electrode surface by drop coating， forming a stable poly （aniline-luminol） composite nanowires film. The composite nanowires film modified electrode presented favorable electrochemiluminescence （ECL） performances， and the ECL response could be enhanced by hydrogen peroxide. Under the optimized experimental conditions， the modified electrode provided a linear range of 5.0×10 Symbolm@@ 9-1.0×10 Symbolm@@ 5 mol/L for the detection of hydrogen peroxide with a detection limit of 2×10 Symbolm@@ 9 mol/L.

Keywords Ammonium peroxydisulfate; Poly （aniline-luminol） composite nanowires; Electrochemiluminescence; Hydrogen peroxide

纳米化学分析第8篇

关键词：纳米二氧化硅 复合改性 共聚改性 聚乳酸

中图分类号：TB383 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）01（c）-0119-02

随着全球经济的发展加快，能源的消耗量正在逐渐增加，各个国家开始重视能源材料的节约使用以及新型材料的研发，聚乳酸在生产过程中对于环境造成的污染非常低，而且它还具备一定的再生性，所以各个国家开始广泛关注聚乳酸的有效的应用。在一定的自然条件下，聚乳酸能够在生物方面达到降解的效果，在降解过程中产生相应的水以及二氧化碳，不会对生态环境造成任何的影响，它有效的改善了高分子材料中存在的一些不足之处。聚乳酸还具备良好的生物吸收性与相容性，所以聚乳酸在医药卫生、包装材料等一系列领域中的应用范围非常广泛。

就目前来看，聚乳酸复合材料主要是在一定条件下，聚乳酸与填料之间复合而形成的，这一种复合方式中聚乳酸与填料之间相互结合的效果较差，而且填料的分散状态处于一个不均匀的状况，在很大程度上可能会造成聚乳酸分析量的减少，制备过程中的一些工序非常的复杂，制备的时间也较长。本文主要针对制备聚乳酸/纳米二氧化硅复合材料过程中使用相应的原位聚合法，利用辛酸亚锡进行催化操作，能够在很大程度上改善聚乳酸具备的性能，简化了工艺流程，能够有效的对聚乳酸/纳米二氧化硅复合材料进行相应的制备操作，还能够表征聚乳酸/纳米二氧化硅复合材料中具备的性能及其结构。

1 聚乳酸共聚改性及纳米二氧化硅复合改性的实验

1.1 主要的原材料

聚乳酸共聚改性及纳米二氧化硅复合改性实验中主要的原材料有：DL-丙交酯、辛酸亚锡、三氯甲烷、石油醚以及改性之后纳米二氧化硅中形成的粉体。

1.2 制备聚乳酸/纳米二氧化硅复合材料的流程

在安装了搅拌装置的干燥三口瓶中，将一定分量的改性纳米二氧化硅、丙交酯以及辛酸亚锡倒入其中，进行抽真空操作，大约3 h之后向干燥三口瓶中充入氮气，进行密封，然后将干燥三口瓶置于135±5 ℃油浴24 h，让其在油浴中发生化学反应；在反应完成之后，使用CHCl3进行相应的溶解，采用石油醚进行沉淀，在产生白色黏体状的物质之后，进行抽滤操作，将干燥三口瓶置于45 ℃真空干燥箱中，使其重量处于一个恒定状态，使用型号为Agilent1100的凝胶色谱仪器对聚合物中含有的分子量进行准确的检测，将聚苯乙烯作为相关样品在制作过程中的标准规范，将四氢呋喃作为相应的溶剂。

1.3 聚乳酸/纳米二氧化硅复合材料的表征

1.3.1 红外光谱研究

采用的红外光谱分析仪器型号为EQUINOX-55，对聚乳酸/纳米二氧化硅复合材料的结构进行研究。

1.3.2 力学性能检测

使用电子拉力检测仪器对聚乳酸/纳米二氧化硅复合材料中含有的断裂伸长率与拉伸轻度进行检测，分别对每一个样品测试4次，然后取测试数值的平均值。

1.3.3 扫描电镜研究

采用的扫描电镜型号为FEISIRION 200，对聚乳酸中纳米二氧化硅粒子的分散状况进行观察与分析。

2 聚乳酸共聚改性及纳米二氧化硅复合改性的实验结果与探讨

2.1 红外光谱研究结果

如图1所示，样品的红外谱图。从图中能够发现，样品中全部都具备聚乳酸特征中存在的吸收峰：1633.12 cm-1位置是端羧基中C―O伸缩振动峰，1753.27 cm-1位置是C―O伸缩振动峰，1164.29 cm-1位置与1258.12 cm-1位置是C―O的对称伸展振动峰与反对称伸展振动峰，3492.42 cm-1位置是-OH吸收峰等。将a曲线与b曲线之间进行一个比较，能够发现聚乳酸/纳米二氧化硅复合材料在1087.01 cm-1位置中出现了Si-O-Si吸收峰，在1131 cm-1位置中出现了Si-O-C吸收峰。因此，能够证明聚乳酸/纳米二氧化硅复合材料已经形成。

2.2 力学性能研究结果

如图2所示，纳米二氧化硅用量的多少会对聚乳酸/纳米二氧化硅复合材料中具备的拉伸强度造成一定程度的影响。从图2中可以发现，纳米二氧化硅用量的增加，会在一定程度上降低聚乳酸/纳米二氧化硅复合材料中含有的断裂伸长率，拉伸强度在一定范围内的增加，主要的原因是聚乳酸内部中含有的改性纳米二氧化硅发挥了相应的交联点作用，增强了聚乳酸结合力，制约了分子出现变形的情况，加强了抗拉伸能力。

2.3 扫描电镜研究

如图3所示，利用扫描电镜拍摄的纯聚乳酸断面在放大一千倍之后的照片。图3中显示的是纯聚乳酸断面中的平面十分的干净，断面中的断裂形态能够在扫描电镜拍摄照片中颜色比较暗的位置中体现出来，聚乳酸/纳米二氧化硅复合材料的拉伸强度与热稳定性得到了提升。

3 结语

聚乳酸具备良好的热成型性、弹性模量以及机械强度，但是在实际运用过程中还存在一些问题，所以人们开始重视聚乳酸共聚改性的分析与研究。纳米二氧化硅复合材料不仅能够充分的发挥二氧化硅具备的粒子协同效应、表面效应以及小尺寸效应，还具备高分子材料中含有的优点，在很大程度上增强了复合材料的电、光、磁以及机械等一系列功能特性，各个国家在新型材料研发事项上开始逐渐重视纳米二氧化硅复合材料。制备聚乳酸/纳米二氧化硅复合材料，主要是为了将聚乳酸的优势与纳米二氧化硅的优点充分发挥出来，研发出性能更加强大的高分子材料，具有广阔的市场前景。

参考文献

[1] 王宁宁.聚乳酸共聚改性及纳米二氧化硅复合改性研究[J].河南大学学报，2012（17）.

纳米化学分析第9篇

关键词：纳米Si3N4 甲基乙烯基硅橡胶 力学性能 耐热老化性能

随着科技的发展，复合材料越来越吸引大家的关注，经过复合以后的材料会表现出其各个组分所没有的特定的性能，正因为如此，复合材料在很多领域都得到了重用。所谓橡胶基纳米复合材料是指纳米尺寸的无机填充物分散在橡胶基体中。张立群等人在前人大量理论和实验研究的基础上提出了高效补强必须是“纳米”补强的观点，认为采用纳米补强技术可制得性能优异的橡胶基纳米复合材料。

一、实验

原材料：甲基乙烯基硅橡胶（VMQ）、白炭黑、羟基硅油、硬脂酸锌，纳米Si3N4（平均粒径

基本配方：采用了沉淀法白炭黑，硅橡胶生胶，150份；白炭黑，65份；羟基硅油，4.2份 ；硬脂酸锌，0.35份；氮化硅，0%～3.5% ；硫化剂 ，1%。

工艺流程：采用分段投胶两段混炼法，第一段混炼分两步，首先在密炼机上进行，将生胶、相关加工助剂和填料加入密炼机中升温至150℃，抽真空1h，然后搅拌1h，在混炼过程中一直保持在150℃—170℃，出胶后停放24h，然后进行反炼、过滤；然后在开炼机上进行，在第一步混炼出的胶料中加入纳米Si3N4，开炼光滑，下片停放。第二段混炼是在开炼机上进行，把第一段混炼的两种胶料按不同的比例在开炼机上开炼，并同时加入双—2，5硫化剂下片，停放12h后，制样。橡胶基纳米复合材料样品制备：混炼工艺在密炼机上进行，硅橡胶硫化条件为175℃×5min。

测试与分析：1、采用S—4800扫描式电子显微镜对橡胶机纳米复合材料新鲜撕裂面进行扫描拍照，观察纳米Si3N4在硅橡胶中的分散性，不喷金；2、按照GB/T528在Instron—112型电子拉力机上进行拉伸强度，直角撕裂强度，断裂伸长率等性能测试；耐热老化性能条件为200℃×75h。3、Pyris—1型热重分析仪对各不同的硅橡胶进行分析耐高温性能。

二、结果与讨论

纳米Si3N4在VMQ中的分散情况

分析：这是由于大分子表面改性剂HSi—g—A151改性纳米Si3N4后，能使其与硅橡胶有更强的相互作用、更好的相容性，说明所合成的大分子表面改性剂HSi—g—A151在纳米Si3N4与硅橡胶之间起到了很好的架桥（偶联）作用。

VMQ/纳米Si3N4复合材料的性能

物理性能：在研究的纳米Si3N4的占生胶的比例0、0.25、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5 （%）比例范围内，随着纳米Si3N4比例的增加，橡胶的邵A硬度有小幅上升，撕裂强度、断裂伸长率、扯断强度在纳米Si3N4比例为0.5%时达到最大值，随后又呈下降趋势，分析认为，在纳米Si3N4粉体表面包覆了大分子表面改性剂HSi—g—A151后，与硅橡胶基体在界面上产生了良好的相互作用，从而在一定用量范围内使复合材料的物理性能得以提高。

耐热老化性能：分别取纳米Si3N4的占生胶的比例0、0.25、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5 （%）在200℃下热空气老化75h后，测试试样的扯断强度和扯断伸长率，结果在硅橡胶基体中加入纳米Si3N4明显地提高老化后的硅橡胶的扯断强度和扯断伸长率，相对于未加纳米Si3N4的原混炼胶可以看出，随着纳米Si3N4质量分数的增加，老化后硅橡胶的扯断强度降低值以及扯断伸长率均是先减小后增大，扯断强度和扯断伸长率均在0.5%达到一个峰值，可见，纳米Si3N4的加入，能够明显地改变硅橡胶耐热老化性能，当纳米Si3N4粉体添加量低于某一个值时（0.5%），复合材料的那热老化性能随着纳米Si3N4粉体量的增加而提高，这是由于添加的粉体越多对于其性能的提高越明显，当纳米Si3N4粉体添加量高于某一个值时（0.5%），随着粉体量的增加而降低，这是由于当添加过多的粉体时，粉体不能很好的分散在硅橡胶基体中，在做拉伸和撕裂时容易局部断裂而降低了复合材料的耐热老化性能。

耐高温性能：分别对混炼胶、复合材料以及生胶进行热重分析，各种硅橡胶分解速率最大时的温度为：生胶（435℃）、混炼胶（502℃）、复合材料（511℃）如图2.

图2 硅橡胶热重曲线（a生胶 b混炼胶 c复合材料）

三、结论

通过对硅橡胶/Si3N4纳米复合材料的常规力学性能和热空气老化性能的研究表明：经过大分子表面改性剂HSi—g—A151改性后的纳米Si3N4粉体在一定程度上提高了硅橡胶的常规力学性能和耐热空气老化性能。当Si3N4的添加量在0.5%时，物理性能和耐热老化性能达到一个最优值。从对各个不同硅橡胶的TG分析可以看出，添加了适量的经分子表面改性剂HSi—g—A151改性后的纳米Si3N4粉体，可以使硅橡胶的耐高温性能有小幅度的上升。

参考文献：

[1]杨伟燕 橡胶纳米复合材料研究进展及其发展前景[J].甘肃科技，2006，9