功能纳米结构的Triton X-114调控构建和转移方法及环境污染物分离检测应用研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 刘睿 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2011-05-01 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 刘景富 ; 江桂斌 |
| 关键词 | 纳米材料 可控构建 转移方法 环境污染物分析 环境净化 曲拉通X-114 Nanomaterials Controllable fabrication Transfer method Environmentalpollutant analysis Environmental decontamination Triton X-114 |
| 学位专业 | 环境科学 |
| 中文摘要 | 本论文研究了非离子型表面活性Triton X-114 (TX-114)与纳米材料表面的相 互作用，据此发展了TX-114 调控下的环境功能纳米结构的可控构建和可逆转移 方法，并将构建的纳米结构用于环境污染物的检测/去除。 首先，利用核磁共振 (NMR) 技术研究了TX-114 与贵金属纳米结构相互作 用，发现π-d 作用为其主要的作用方式，且该作用与贵金属的电子结构密切相关。对于具有未占d 轨道的铂，这种作用较强；而对于无未占d 轨道的金和钯，这种作用明显较弱。 利用TX-114 与贵金属纳米结构间的这种相对较弱的π-d 作用，发展了一步 快速水相合成金、钯和铂等贵金属超细纳米线 (一维纳米结构) 的新方法。研究 表明，以TX-114 作为稳定剂、结构控制剂和分离纯化剂，以KBH4 还原相应的 金属无机盐，即可合成贵金属超细纳米线。利用高分辨透射电镜，紫外/可见/近 红外光谱对合成的纳米线及其形成过程进行了研究，发现这些超细纳米线的生长 机制为定向连接，即合成过程中TX-114 选择性吸附在反应初期形成的纳米晶体 的相对高能晶面{110}和{100}面上，这些纳米颗粒沿较为清洁的{111}面发生定向连接形成纳米线。实验优化了合成过程中表面活性剂浓度、还原剂浓度和金属前躯体等影响因素。在优化条件下，合成的金、钯、铂的纳米线的直径分别为3.01 ± 0.61 nm、2.48 ± 0.42 nm 和2.04 ± 0.36 nm，这些纳米线作为无支载电催化剂催化氧化醇类的电流密度可达1.8、10 和8 A·mg-1·cm-2。虽然本身无催化氧化甲酸的活性，但金纳米线对铂和钯纳米线在该反应中的活性具有明显促进作用，可将铂和钯纳米线的催化活性分别提高20 倍和2 倍。 发展了以TX-114 为稳定剂和结构控制剂合成γ-Fe2O3 超薄纳米片(二维纳米 结构)的新方法。在常温和TX-114 存在下，用过量KBH4 还原FeCl3 合成了具有强磁性的γ-Fe2O3 超薄纳米片 (厚度低于 5 nm)，这种纳米片具有较强磁性(饱和磁化强度高达78.5 emu/g)和较大比表面积，对As(V)和As(III)的吸附容量分别高达78 mg/g 和160 mg/g, 有望用于水体中砷的高效去除。 详细研究了由TX-114 稳定的贵金属纳米线在Cl-等无机离子共存下的自沉 降过程，发展了一种构建贵金属纳孔膜 (三维纳米结构) 的新方法。研究表明，Cl-等无机离子替换纳米线表面的稳定剂TX-114，进而引发纳米线的自沉降和自 组织形成了纳孔膜。利用此新原理构建的纳孔膜具有较高的比表面积 (金纳孔膜 的表面积高达26.1 m2/g）、较细的连接线 (～5 nm)、 较高的纯度、以及较低的相对密度。该构建方法具有操作简单、可大量生产、可控性高和通用性强等优点，适用于多种金属 (Au、Pd、Pt、Rh 和Ru) 以及掺杂其他纳米材料的复合纳孔膜制备。更重要的是纳米线之间构成的5～20 nm 的孔道及纳米线间的相互连接形成高密度的拉曼热点，提供表面增强拉曼信号增强因子达106，可用于基于表面增强拉曼 (SERS) 技术的污染物筛查。以表面经半胱氨酸修饰的金纳孔膜作为表面辅助激光解吸附/离子化 (SALDI) 质谱基底，可以辅助生产高强度（信噪比）及无背景干扰的质谱信号。这种新型的基底具有优良的导电/导热性及均匀性，因而避免了分析过程中目标物离子的分裂，抑制了干扰离子的生成和提高了分析的重现性 (RSD ≤ 10%)；同时还可以很容易地微阵列化 (如在1cm × 1cm 金膜上构建4 × 4 微阵列)，有望用于包括有机污染物在内的小分子化合物的高速质谱分析。 在上述工作的基础上，发展了一种制备任务专一型复合纳米结构的新方法。 将γ-Fe2O3 对As(V)和As(III)的高效吸附性能与Ag 纳米颗粒的高表面增强拉曼活性相结合，构建了Ag/γ-Fe2O3 复合纳米薄膜，并据此建立了用便携式拉曼光谱仪现场快速检测水中砷的新方法。方法的检出限为1 μg/L，满足EPA/WHO 的饮用水砷限值(10 μg/L)的检测要求。 最后，基于TX-114 与纳米材料间的π-d 作用、π-π 作用、疏水作用和氢键等 微弱的相互作用，以及TX-114 具有下临界溶液温度的特性，我们提出了通过构 建纳米材料/TX-114 胶团复合结构进行浊点萃取以分离/富集和再分散纳米材料 的新方法，并以纳米金颗粒催化还原对硝基酚反应为模型反应，研究了此方法在 回收贵金属纳米催化剂中应用。这种萃取分离方法有很好的通用性，可用于不同 化学组成和表面修饰的纳米材料的分离/富集和再分散。更为重要的是，它能很 好地保持纳米材料的原有特征如形貌和尺寸等，可用于富集和测定环境中的痕量 人工纳米材料，为研究人工纳米材料的环境过程提供了有效的手段。 |
| 学科主题 | 环境化学 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2011-08-03 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/621]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_环境化学与生态毒理学国家重点实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 刘睿. 功能纳米结构的Triton X-114调控构建和转移方法及环境污染物分离检测应用研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2011. |
入库方式： OAI收割
来源：生态环境研究中心
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