金纳米粒子的制备及表征研究
纳米金的制备与性能ppt课件

制备生长溶液
25 ℃将CTAB(5mL, 0.2M)与AgNO3(0.05-0.25mL, 0.004M)混合 ;
加入HAuCl4(5mL,0.0005M),再加入AA(70uL,0.0788M),溶 液由深黄变为无色,生成生长溶液;
生长溶液和种子溶液混合,保持温度27-30 ℃,静置生长。
Secondary growth of NRS1 at different injection rates
(a) NRSF and (b) NRS1 are affected by varying (a) optical absorbance spectra and TEM images of
the concentration of AgNO3 in the primary GS (b) NRS1 and NRSF using (c) 1.25× (d)2.5×
电化学法
金片作阳极,铂片 做阴极,两点极浸 入到含有CTAB和 TCAB溶液中 ;
在超声和恒温( 36℃)下电解, 金从阳极溶出并于 阴极-电解质溶液 界面得金棒;
浸入银片来控制 长径比
LANGMUIR. 1999,15, 701-709
13
Sonochemistry
Angew. Chem. 2006, 118, 1134–1137
DNA 检测
靶向药物
图1 超灵敏DNA 检测示意图
图3 缩氨酸自组装和作为纳米反应器的反 应过程模拟
图2 Ag core Au shell结构免疫实验示意图
17
图1 基于CuO –金纳米颗粒标记的抗体 和Click 反应的免疫检测方法示意图
生物医学
疾病诊断
图2 基于罗丹明B-金纳米颗粒检测 ( 通过颜色变化和荧光) 乙酰胆碱酯酶 的设计策略
金纳米粒子

文章编号: 1008-9357(2022)01-0077-08DOI: 10.14133/KI.1008-9357.20210411002金纳米粒子/聚吡咯-聚多巴胺电化学免疫传感器曲春波1, 张静怡1, 那立欣1, 罗 静2(1. 上海健康医学院,上海 201318;2. 江南大学化学与材料工程学院,江苏 无锡 214122)摘 要: 以金纳米粒子功能化的聚吡咯-聚多巴胺(PPy-PDA )为基质材料,构建了电化学免疫传感器用于癌胚抗原(CEA )的检测。
首先制备了PPy-PDA 复合物,通过聚多巴胺的弱还原性原位还原氯金酸,得到纳米金/聚吡咯-聚多巴胺(Au/PPy-PDA )纳米复合材料。
该复合材料具有优异的导电性、水分散性和黏附性,能够在电极表面形成均一、稳定且生物相容性优良的导电膜,利用纳米金与癌胚抗体的特殊作用固定癌胚抗体,并通过牛血清白蛋白屏蔽电极表面的非特异性吸附点,从而构筑了一种用于检测CEA 的电化学免疫传感器。
所制备的传感器对CEA 具有特异性、识别性,在最优条件下,对CEA 的线性检测范围为10−12 ~5×10−7 g/mL ,检测下限为0.2 pg/mL 。
此外,还考察了该传感器的重现性和稳定性,并进行了实际样品中CEA 的回收实验。
该传感器具有检测范围宽、检测限低且稳定性好的特点,在生物医学、临床诊断等方面具有潜在的应用价值。
关键词: 电化学免疫传感器;聚吡咯;聚多巴胺;癌胚抗原中图分类号: O632.6 文献标志码: AElectrochemical Immunosensor Based on Gold Nanoparticles/Polypyrrole-PolydopamineQU Chunbo 1, ZHANG Jingyi 1, NA Lixin 1, LUO Jing 2(1. Shanghai University of Medicine & Health Sciences, Shanghai 201318, China; 2. School of Chemical and MaterialEngineering, Jiangnan University, Wuxi 214122, Jiangsu, China )AuCl −4Abstract: A novel ultrasensitive impedimetric immunosensor was constructed for the detection of carcino-embryonic antigen (CEA) using conductive and adhesive bio-inspired gold/polypyrrole-polydopamine nanocomposites as an immobilization matrix. A polypyrrole-polydopamine (PPy-PDA) complex was first prepared by the polymerization of pyrrole and dopamine, which was then blended with the chloroauric acid solution (HAuCl 4). The in-situ reduction of to gold nanoparticles (Au NPs) by polydopamine led to the successful preparation of gold/polypyrrole-polydopamine nanocomposites (Au/PPy-PDA). Au/PPy-PDA was characterized by Fourier transmission infrared (FT-IR) spectroscopy, scanning electronic microscopy (SEM) coupled with energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and electrical conductivity test. The dispersion test and adhesion test showed that PPy-PDA possessed good dispersibility in water and outstanding adhesion performance.The electrochemical measurement showed that Au/PPy-PDA not only provided a highly stable and biocompatible matrix for 收稿日期: 2021-04-11基金项目: 国家自然科学基金(51573072)作者简介: 曲春波(1980—),山东青岛人,副教授,从事生物医用高分子的研究。
晶种法制备单分散的金纳米粒子及光学性能研究

Ke r s y wo d :me a tras ol i a o d ;g l a o o s VP;s e tlmae l ;c l d lg l s od n n r d ;P i o e d—i d c d g o h meh d; n u e r wt t o
mo o s re n dipes
G AO n o g ,ZHANG a c u ENG a Ya h n Ni n h n ,F Xu n ,LI Yi gi n U n l g a ( . a o h m s y Is tt , e at e t f h mi r , ia nv r t ,G a g h u5 0 3 , u n d n , h a 1 N n c e i r nt ue D p r n o e s y J nU ie i t i m C t n s y u nzo 16 2 G agog C i ; n 2 e t s o i aeC nrl n r e t n o u n d n r ic , u n z o 1 3 0 u n d n , h a .C ne r s s o t dP e ni f a g o gP o n e G a g h u5 0 0 ,G a g o g C i ) rf D e oa v o G v n
21 0 0年 1o s M ea s e iu tl
No . 2 0 v 01 Vo . 1 31. . No 4
晶种 法 制备 单 分 散 的金 纳 米 粒 子及 光 学 性 能 研 究
高燕红 ,张念椿 ,冯 炫 ,刘应 亮¨
了单 分散 性 、 粒径 小的胶 体 金 。通过 晶种 生长 法 , 在反 应 中加入 P P试 剂 , V 用抗 坏血 酸做 还原 剂 , 制 备 了单分散 的金 纳米棒 。结果 表 明 , V P P试 剂 对金 纳米 粒子 的形 貌有 重要 的 影响 ; 加入 P P试剂得 V 到 的金 纳米粒 子 ( 体金 和 金 纳米棒 ) 散性 好 , 明显 的 团聚现 象 。应 用透射 电镜 , 胶 分 无 纳米 粒度 分析
纳米金的合成与表征

纳米金的合成与表征皋玉婷;陈芮;陈燕【摘要】采用单宁酸—柠檬酸钠还原氯金酸法合成了纳米金,采用紫外—可见分光光度计和透射电子显微镜对纳米金的紫外吸收特性、粒径及形貌进行了表征.结果表明:加入柠檬酸钠溶液4mL和单宁酸溶液0.1mL时制得的纳米金紫外吸收特性最佳;在此条件下制得的纳米金形貌均一、分散性好、稳定性佳且平均粒径为15~20 nm.【期刊名称】《云南师范大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2016(036)006【总页数】4页(P46-49)【关键词】纳米金;制备;表征;紫外吸收光谱;粒径【作者】皋玉婷;陈芮;陈燕【作者单位】云南师范大学化学化工学院,云南昆明650500;云南师范大学化学化工学院,云南昆明650500;云南宏程卓越建设工程技术有限公司,云南昆明650300【正文语种】中文【中图分类】TB383纳米金是指直径在1~100 nm之间的金的微小颗粒.由于纳米金具有表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应、介电效应[1-6]、量子耦合效应和协同效应等,从而表现出独特的电学、光学和催化性质,使其成为表面纳米工程和构建功能化纳米结构的理想材料[7].纳米金已在许多领域显示出潜在的应用价值,受到人们越来越多的关注.纳米金的性质主要由其形状和尺寸等因素决定,因此通过简单方法制备分散性好、粒径可控的纳米金颗粒一直是科研工作者努力的方向.制备纳米金的方法很多,如:气相蒸发法、溶剂还原法、相转移法、溶胶-凝胶法、真空蒸镀法、水热法及微波合成法等[8-9].其中溶剂还原法中的鞣酸-柠檬酸钠还原法是J.W.Slot和H.J.Geuze在Mühlpfordt法[10]的基础上进行的改进[11],其特点是通过改变鞣酸的用量制备出多种不同粒径的胶体金.该方法成本低、设备简易、反应时间短、操作简便且可控程度高,将来可能成为制备尺寸可控的金属纳米颗粒的首选方法.本文采用单宁酸—柠檬酸钠还原氯金酸法合成了纳米金,研究了柠檬酸钠和单宁酸的加入量对纳米金紫外吸收特性和形貌的影响.1.1 试剂与仪器1.1.1 试剂HAuCl4·4H2O、C6H5Na3O7·2H2O、C76H52O46和K2CO3均为市售分析纯;所用水为去离子水.1.1.2 仪器TU-1901型双光束紫外-可见分光光度计(北京普析通用仪器有限责任公司);JEM-2100型透射电子显微镜(日本电子株式会社).1.2 实验方法A液:取HAuCl4·4H2O溶液1 mL、蒸馏水79 mL混匀.B液:取一定量的柠檬酸钠溶液和单宁酸溶液,加入蒸馏水15.8 mL、K2CO3溶液0.1 mL,混匀.将A液与B液分别在水浴中加热到60 ℃.搅拌A液并迅速加入B液,继续加热至胶体金变成葡萄酒色.在A、B两液混合后可见溶液立即变成蓝色,后又变成亮红色.纳米金的形成过程:首先C6H5O73-将AuCl4-还原成Au,Au相互聚集形成颗粒,颗粒表面再吸附与其性质相似的.此时颗粒表面电位差较小,不稳定、易聚集;随着反应的进行,的浓度减小,颗粒表面开始吸附柠檬酸根,电势差逐渐增大,静电斥力也随之增大,最后形成稳定的纳米金[15].2.1 样品的紫外吸收特性若HAuCl4用量过多,金颗粒容易团聚;反之金浓度很小,因此实验过程中保持A液不变.图1为不加入柠檬酸钠溶液时,改变单宁酸用量得到的样品的紫外-可见吸收光谱.由图可知,样品在500~600 nm的波长范围有一吸收峰,随着单宁酸用量的增加,吸收峰发生蓝移且最大吸光度逐渐增加,表明金的浓度在增大.单宁酸的用量为0.3 mL时,所得样品在527 nm的吸光度最大,此种现象与文献报道的结果一致[9].该吸收峰即为纳米金颗粒的等离子共振紫外吸收特征峰.由于纳米金颗粒的等离子共振紫外吸收特征峰会随着纳米金直径的增大发生红移;且吸收峰的波长越长,表示合成的纳米颗粒的粒径也越大;特征吸收峰的强度则可以表示合成的纳米金的浓度.上述结果也表明随着单宁酸用量的增加,纳米金颗粒的粒径减小.这是因为单宁酸在合成过程中既是还原剂又是保护剂.作为保护剂时,它包围在纳米金颗粒表面,起钝化及阻止团聚的作用.用量过多则会影响纳米金颗粒的形成、粒径和分散性.图2为保持A液不变,当柠檬酸钠溶液的用量为2 mL时,改变单宁酸用量得到的样品的紫外-可见吸收光谱.从图中可以看出,样品在500~600 nm的波长范围有一吸收峰,随着单宁酸用量的增加,吸收峰先蓝移后红移,最大吸光度也随之发生变化.单宁酸用量为0.1 mL时,最大吸收波长为527 nm.图3为保持A 液不变,当柠檬酸钠溶液的用量为4 mL时,改变单宁酸用量得到的样品的紫外-可见吸收光谱.从图中可以看出,样品在500~600 nm的波长范围有一吸收峰,随着单宁酸用量的增加,吸收峰先蓝移后红移,最大吸光度也随之发生变化.单宁酸用量为0.1 mL时,最大吸收波长为527 nm.综合以上分析,当A液不变,单宁酸用量为0.1 mL时,纳米金在可见光区的紫外吸收特性最强.图4为保持A 液不变,当单宁酸溶液用量为0.1 mL时,改变柠檬酸钠用量得到的样品的紫外-可见吸收光谱图.随着柠檬酸钠含量的增加,样品在500~600 nm波长范围内的吸光度呈先增加后降低的趋势,表明生成的纳米金浓度先增大后减小.柠檬酸钠用量为4 mL时,样品吸光度最大,表明此时制得的纳米金的浓度最大.2.2 样品的形貌表征从图5中可以观察到采用单宁酸—柠檬酸钠还原氯金酸法制备的纳米金呈规则的椭球状,颗粒大小均匀,平均粒径15~20 nm,且合成的金纳米具有较好的分散性.对比图(a)和(b)可知,柠檬酸钠用量相同时,增加单宁酸的用量会使纳米金的粒径变小;对比图(b)和(c)可知,单宁酸用量相同时,增加柠檬酸钠的用量,纳米金的粒径几乎没有变化.因此可以认为:改变单宁酸的加入量,对颗粒形状及大小有影响;而改变柠檬酸钠的加入量,对颗粒形状及大小的影响不明显.采用单宁酸—柠檬酸钠还原氯金酸法制备的纳米金呈规则的椭球状,颗粒大小均匀,平均粒径为15~20 nm.改变单宁酸的加入量,对颗粒形状及大小有影响.改变单柠檬酸钠的加入量,对颗粒形状及大小无显著影响.当加入柠檬酸钠4 mL,单宁酸0.1 mL时制得的纳米金紫外吸收强度最佳.【相关文献】[1] 陶泳,高滋.金的催化作用[J].化学世界,2005,46(2):114-117.[2] 骆姣,董明南,张友玉.新型三维网状纳米金复合物的制备及表征[J].湖南师范大学自然科学学报,2010,33(3):62-66.[3] DU Y K,YANG P,MOU Z G,et al.Thermal decomposition behaviors of PVP coated on platinum nanoparticles[J].Journal of Applied Polymer Science,2006,99(1):23-26.[4] FUKUMI K,CHAYAHARA A,KADONO K,et al.Gold nanoparticles ion implanted in glass with enhanced nonlinear optical properties[J].Journal of Applied Physics,1994,75(6):3075-3080.[5] DAVIDOVIC D,TINKHAM M.Coulomb blockade and discrete energy levels in Au nanoparticles[J].Applied Physics Letters,1998,73(26):3959-3961.[6] PASQUATO L,RANCAN F,SCRIMIN P,et al.N-Methylimidazole-functionalized gold nanoparticles as catalysts for cleavage of a carboxylic acid ester[J].Chemical Communications,2000,22(22):2253-2254.[7] 胡晓歌,王铁,程文龙,等.金属纳米线的合成与组装[J].分析化学,2004,32(9):1240-1245.[8]THAKOR A S,JOKERST J,ZAVALETA C,et al.Gold nanoparticles:a revival in precious metal administration to patients[J].Nano Letters,2011,11(10):4029-4036.[9] 谢娟,王延吉,李艳廷,等.粒径可控纳米金的制备及表征[J].工业应用,2008,7(29):3-6.[10]MÜHLPFORDT H.The preparation of colloidal gold particles using tannic acid as an additional reducing agent[J].Cellular & Molecular Life Sciences Cmls,1982,38(9):1127-1128.[11]SLOT J W,GEUZE H J.A method to prepare isodisperse colloidal gold sols in the size range 3-17 nm[J].Ultramicroscopy,1984,15(4):383.[12]文莉.金团簇和纳米粒子的合成、表征及应用[D].厦门:厦门大学,2008.[13]CHEN F,XU G Q,HOR T.S.A.Preparation and assembly of colloidal gold nanoparticles in ctab-stabilized reverse microemulsion[J].Materials Letters,2003,57(21):3282-3286.[14]LINK S,EL-SAYED M A.Size and temperature dependence of the plasmon absorptionof colloidal gold nanoparticles[J].Journal of Physical Chemistry B,1999,103(21):4212-4217.[15]毛斌,刘斌,王运福,等.水相法制备小粒径金溶胶[J].稀有金属材料与工程,2009,38(3):515-516.。
2023年纳米材料与技术专业实践报告

2023年纳米材料与技术专业实践报告本次实践报告涉及到了纳米材料与技术相关的多项实践活动,包括纳米材料制备、表征、应用等方面的实践。
通过实践活动的开展,我对于纳米科学与技术的理论知识有了更加深入的了解,也锻炼了自己的实验操作技能和实践能力。
一、实验一:金纳米粒子制备及表征纳米金粒子具有许多优异的物理和化学性质,有着广泛的应用前景。
本次实验以HAuCl4为原料,通过还原反应制备出金纳米粒子,并对其进行了表征。
制备过程中,我先准备了还原剂NaBH4的溶液,再将HAuCl4溶液滴加进去,在不断搅拌的过程中,还原剂将金离子还原为金纳米粒子。
制备过程需要注意的是,搅拌要均匀,还原剂的用量也很重要,太少会导致制备的产物不纯,太多则会生成过多的还原产物,影响最终产物的纯度。
表征方面,我用紫外-可见吸收光谱对产物进行了分析。
结果显示,在520nm左右有明显的吸收峰,证明产物是金纳米粒子。
此外,我还使用扫描电子显微镜对样品进行了形貌和尺寸的分析。
观察结果显示金纳米粒子呈现出球形状,平均直径约为50nm。
二、实验二:纳米银溶液制备及其抗菌性能研究本次实验主要是针对纳米银的抗菌性质进行实验研究。
在实验中,我先制备了纳米银溶液,使用紫外-可见吸收光谱测定其最大吸收波长及其浓度。
制备好纳米银溶液后,我使用两种菌液对其进行了抗菌性能的测试。
研究结果表明,纳米银溶液对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均具有一定的抑菌能力。
其原因是纳米银具有活性表面和活性中心,可以与细菌的膜结合并破坏细菌的生理代谢过程。
三、实验三:纳米氧化锌粒子制备及表征纳米氧化锌是当前研究最热门的氧化物纳米材料之一,具有潜在的光电学、催化学、生物学等领域的应用。
在本次实验中,我以氧化锌纳米选作材料,通过反溶剂法制备了纳米氧化锌粒子,并对其进行了表征。
制备过程中,我先将Zn(NO3)2溶液滴加进NaOH溶液中,在不断搅拌下,产生的Zn(OH)2沉淀与环烷反溶剂反应,生成氧化锌纳米粒子。
木质素还原制备金纳米颗粒及其催化性能

林业工程学报,2024,9(1):109-116JournalofForestryEngineeringDOI:10.13360/j.issn.2096-1359.202305024收稿日期:2023-05-30㊀㊀㊀㊀修回日期:2023-09-25基金项目:国家重点研发计划(2022YFC2105503);广西自然科学基金(2018JJA130224);广西博世科环保股份有限公司国家企业技术中心开放项目㊂作者简介:李茉琰,女,研究方向为木质素基复合功能材料㊂通信作者:闵斗勇,男,教授㊂E⁃mail:mindouyong@gxu.edu.cn木质素还原制备金纳米颗粒及其催化性能李茉琰,龙杏,张清桐,梁展明,闵斗勇∗(广西大学轻工与食品工程学院,广西清洁化制浆造纸与污染控制重点实验室,南宁530004)摘㊀要:自然界中的木质素来源广泛,其含量仅次于纤维素,是一种具有还原性的可再生芳香聚合物㊂本研究利用木质素在太阳光激发下还原Au(Ⅲ)制备金纳米颗粒(AuNPs),并将其用于催化还原废水中的有机污染物㊂主要探究了不同木质素质量浓度㊁HAuCl4浓度㊁光照时间等条件对AuNPs粒径及形貌的影响;利用紫外⁃可见光谱仪㊁纳米粒度仪㊁透射电子显微镜(TEM)㊁X射线光电子能谱分析(XPS)对AuNPs理化性质进行了表征㊂结果表明,木质素作还原剂成功制备了AuNPs,最佳制备工艺如下:木质素质量浓度为0.1mg/mL,HAuCl4浓度为1.00mmol/L,HAuCl4溶液与木质素溶液体积比为4ʒ1,光照时间为60min,此条件下制得的AuNPs平均粒径为32.14nm㊂此外,以亚甲基蓝(MB)和对硝基苯酚(4⁃NP)为污染物模型物探究了AuNPs的催化性能,结果表明,AuNPs对MB和4⁃NP具有良好的光催化还原性能,反应速率常数分别为0.7658和0.3166min-1㊂木质素还原Au(Ⅲ)制备得到的AuNPs/木质素用于废水中染料和硝基芳香族污染物的光催化还原,不仅实现了木质素的高值化利用,而且实现了废水中有机污染物的高效去除㊂关键词:木质素;金纳米颗粒;光催化降解;有机污染物;废水中图分类号:O643.36;TB383㊀㊀㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀㊀㊀文章编号:2096-1359(2024)01-0109-08FabricationofgoldnanoparticlesbyligninreductionanditscatalyticperformanceLIMoyan,LONGXing,ZHANGQingtong,LIANGZhanming,MINDouyong∗(CollegeofLightIndustryandFoodEngineering,GuangxiKeyLabofCleanPulp&PapermakingandPollutionControl,GuangxiUniversity,Nanning530004,China)Abstract:Lignininnaturehasawiderangeofsources,beingsecondonlytocelluloseincontent,andisarenewablearomaticpolymerwithvariousproperties.Iflignincanbeactivelyconvertedintoarenewableresourceorpricedasahighervaluematerial,itsabundanceinnatureishighlylikelytosolvetheproblemofrapidresourcedepletion.AuNPshaveuniquecatalyticactivityduetotheirhighspecificsurfacearea,activesurfacebondingandelectronicstates,andincompletesurfaceelectroniccoordination.Duetopeople semphasisonthebiologicalenvironmentandapreferencefornon⁃toxicchemicalsandsaferorganicsolvents,thegreensynthesisofAuNPsisreceivingincreasingattention.Ligninisanaturalthree⁃dimensionalnetworkstructurewithvariousreducingfunctionalgroups,whichcanachievegreenpreparationofgoldnanoparticlesandpreventtheaggregationofgeneratedgoldnanoparticles,maintainingtheircatalyticandantibacterialactivities.Inthisstudy,ligninwasutilizedtoreduceAu(Ⅲ)undersolarexcitationtopre⁃paregoldnanoparticles(AuNPs),whichwereusedforcatalyticreductionoforganicpollutants.Thefactorsincludingligninmassconcentration,HAuCl4concentration,andreactiontimeontheparticlesizeandmorphologyofAuNPswereinvestigated.AuNPswerecharacterizedbytheUV⁃visspectroscopy,nanoparticlesizeanalyzer,transmissionelectronmicroscope(TEM)andX⁃rayphotoelectronspectroscopy(XPS).TheresultsshowedthatAuNPsweresuc⁃cessfullypreparedusingligninasareducingagent.Theoptimalpreparationconditionwasasfollows:ligninmasscon⁃centrationwas0.1mg/mL,HAuCl4concentrationwas1.00mmol/L,volumeratioofHAuCl4andligninwas4ʒ1,illuminationtimewas60min,andtheaverageparticlesizeofAuNPswas32.14nm.Astypicalorganicpollutants,methyleneblue(MB)andp⁃nitrophenol(4⁃NP)arewidelypresentinindustrialwastewatersuchastextile,paper⁃making,andprinting.Duetotheirstrongphotostabilityandantioxidantproperties,theyaredifficulttodegradeandposeaseriousthreattohumanhealthandthenaturalenvironment.Therefore,MBand4⁃NPwereusedasorganicpol⁃林业工程学报第9卷lutantmodelstoexplorethecatalyticperformanceofAuNPs.Thecatalyticrateofthereactionwasevaluatedbycalcu⁃latingthereactionrateconstantkvalueusingquasifirst⁃orderkinetics.ThereactionrateconstantsofAunanoparticlesforMBand4⁃NPwere0.7658and0.3166min-1,respectively,indicatingthatAunanoparticleshadgoodcatalyticreductionperformanceforMBand4⁃NP.AuNPs/ligninpreparedvialigninreducingAu(Ⅲ)toAu(0)wasusedforphotocatalyticreductionofdyeandnitroaromaticpollutantsinwastewater,whichnotonlyrealizedhighvalueuti⁃lizationoflignin,butalsoachievedefficientremovaloforganicpollutantsinwastewater.Keywords:lignin;goldnanoparticle;photo⁃catalyticdegradation;organiccontaminant;wastewater㊀㊀木质素是芳香族化合物中少有的天然可再生资源之一,其含量仅次于纤维素,广泛存在于植物细胞中㊂在制浆企业生产过程中,作为工业废弃物的木质素大部分在碱回收工段进行燃料处理获得蒸汽或热能[1],仅有5%的工业木质素用于制造分散剂㊁添加剂㊁表面活性剂和胶黏剂等高价值商业产品,大部分都没有得到合理的利用[2-3]㊂木质素分子结构中还原性的酚羟基可作为还原剂,将金属离子还原成金属单质并生长成纳米颗粒㊂柠檬酸钠是最早被用于合成金属纳米粒子的还原剂,由于柠檬酸钠还原性弱,用这种方法制备出的纳米粒子单分散性较差且纳米粒子尺寸难以调控[4]㊂相较于水合肼(H6N2O)㊁硼氢化钠(NaBH4)等有毒还原剂,木质素可以在不添加其他外源还原剂的条件下将Pt2+㊁Ag+㊁Au3+等金属离子还原并生成金属纳米粒子[5]㊂这种利用木质素的还原性制备贵金属纳米粒子的方法,为开发一种新型木质纤维素高值化利用手段提供了新的切入点㊂金(Au)是化学性质最稳定的元素之一,而纳米级别的金具有独特的光电㊁物化性质及良好的生物相容性[6];因此,在众多的纳米材料研究中,金纳米颗粒(AuNPs)是被研究最多㊁最广泛以及最深入的纳米材料之一㊂AuNPs在构建生物传感器㊁研究电化学催化㊁光电㊁物化性能等方面都有很广阔的应用前景㊂AuNPs具有高比表面积,活泼的表面键态㊁电子态,表面电子配位不全等特点,赋予了其独特的催化活性,是催化还原染料废水中亚甲基蓝(MB)或难生化降解废水中对硝基苯酚(4⁃NP)的优良催化剂㊂作为典型的有机污染物,MB与4⁃NP广泛存在于纺织㊁造纸㊁印刷等工业废水中,因其具有较强的光稳定性和抗氧化性,很难被生物降解,对人体健康和自然环境构成严重威胁[5,7-8]㊂Wu等[9]对AuNPs催化NaBH4还原4⁃NP的性能展开了研究,结果表明AuNPs具有优异的催化活性,但其高比面积和高表面能导致其稳定性差,在水溶液中极易发生聚沉,导致催化活性显著降低㊂目前已报道了多种在载体上沉积AuNPs的方法,如光沉积㊁化学沉积,浸渍和化学还原等,但这些技术中的大多数在控制成本和简化实验步骤等方面受到限制㊂此外,采用传统工艺得到的AuNPs通常具有多分散性,这是由于金属纳米颗粒之间的重力沉降和捕获引起的前驱体溶液分散不均匀导致的㊂而木质素的三维网状结构可以有效阻止AuNPs在水溶液中发生聚沉[10-11]㊂笔者以木质素为还原剂,在太阳光驱动下将Au3+还原成Au(0)并进一步生长成AuNPs,替代传统制备方法中所用的水合肼㊁NaBH4等有毒试剂[12],深入探究了Au3+物质的量浓度㊁木质素质量分数㊁光照时间等不同变量对AuNPs尺寸和形貌的影响;再以MB和4⁃NP为模拟污染物,探究AuNPs/木质素的催化性能,揭示其光催化机理,为木质素高值化利用提供一定的理论依据㊂1㊀材料与方法1.1㊀试验材料酶解木质素由山东龙力科技股份有限公司提供;4⁃NP㊁MB㊁NaBH4和HAuCl4购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司,均为分析纯;其他试剂均为国产分析纯㊂1.2㊀酶解木质素纯化酶解木质素纯化步骤如下:1)称取30g酶解木质素,室温条件下,溶解在100mL1mol/LNaOH中,过滤除去不溶杂质;2)在滤液中逐滴加入10%(质量分数)HCl,直至溶液pH=2;3)在4000r/min下离心10min,收集沉淀物并用去离子水重复多次洗涤,冷冻干燥获得粗木质素;4)称取10g粗木质素溶于100mL丙酮,连续搅拌6h,使木质素均匀溶解在丙酮中㊂然后在4000r/min的转速下离心10min,收集上层清液,35ħ下旋蒸,冷冻干燥获得纯化木质素㊂1.3㊀木质素结构表征采用AGILENT1260型凝胶渗透色谱(GPC,美国安捷伦)分析纯化木质素样品的分子量㊂取50mg木质素与1mL吡啶充分混合后再加入1mL乙酸酐混合均匀,室温下避光反应48h,经乙醇和去离子水洗涤并旋转蒸发3次后,得到乙酰化木质011㊀第1期李茉琰,等:木质素还原制备金纳米颗粒及其催化性能素㊂使用不同相对分子质量的聚苯乙烯建立标准曲线,测试乙酰化木质素的数均分子量(Mn)㊁重均分子量(Mw)和多分散性(PD)㊂采用AVANCEⅢHD600型31P核磁共振(31P⁃NMR,德国Bruker)测定纯化木质素样品的羟基官能团含量㊂将0.4mmol乙酰丙酮铬加入10mL氘代吡啶中,再加入5mmolN⁃羟基琥珀酰亚胺溶液作为内标,充分溶解后即得到含有弛豫剂的内标溶液;取15mg木质素样品置于5mL棕色样品瓶中,再依次加入400μL二甲基亚砜(DMSO)㊁200μL内标溶液和80mL2⁃氯⁃4,4,5,5⁃四甲基⁃1,3,2⁃二氧磷杂环戊烷(TMDP),震荡摇匀至样品完全溶解后立即转移到核磁管中进行测试(测试参数:脉冲角90ʎ,温度298K,扫描次数32次,谱图宽度100ˑ10-6,等待时间6s,中心频率145),各级分官能团含量计算公式如下[13]:酚羟基的含量=A/Aᶄˑ0.01/w(1)式中:A为样品中酚羟基的积分面积;Aᶄ为内标量N⁃羟基琥珀酰亚胺的积分面积;0.01为样品溶液中31PNMR的物质的量,mmol;w为样品质量,g㊂1.4㊀金纳米颗粒/木质素分散体系制备称取10mg纯化木质素溶于100mL丙酮,搅拌30min得到0.1g/L木质素溶液㊂按一定体积比将木质素溶液与HAuCl4溶液均匀混合,在模拟太阳光(500W氙灯)下反应1h,得到AuNPs/木质素悬浮液㊂HAuCl4浓度分别为0.05,0.10,0.50,1.00,1.50,2.00,2.50和3.00mmol/L,HAuCl4溶液与木质素溶液(0.1g/L)的体积比分别为1ʒ10,1ʒ2,1ʒ1,2ʒ1,3ʒ1,4ʒ1和5ʒ1,光照时间分别为3,5,10,20,30,60,90,120,150,180和210min㊂1.5㊀AuNPs/木质素性质表征采用RuliHT7700型透射电子显微镜(TEM,日本日立)观察AuNPs的形貌;采用ZS90X型纳米粒度仪(美国MalvernPanalytial)测定AuNPs的粒径与分布;采用SPECONDPLUS50型紫外⁃可见光谱仪(UV⁃Vis,德国AnalytikJena)测定AuNPs悬浮液的紫外⁃可见光谱;采用THERMOESCALAB250Ⅺ型X射线光电子能谱仪(XPS,美国ThermoFisher)分析样品组分与化合态(单色AlKaX射线(1486.68eV),扫描范围为0.0 1350.0eV,通过能为30eV,扫描数为3次)㊂1.6㊀催化性能测定利用去离子水分别配制100mL0.1mmol/LMB和0.1mmol/L4⁃NP㊂为防止NaBH4分解,在冰水浴中配制100mL40mmol/LNaBH4㊂分别将1.5mLNaBH4溶液与1.5mLMB㊁4⁃NP在标准比色皿(光程长度为1cm)中混合,加入100μLAuNPs/木质素溶液,利用UV⁃Vis(测量模式为光谱扫描,扫描范围为200 800nm,Delta为2nm,速度为200nm/s)分别在664和400nm处监测MB和4⁃NP特征峰的变化㊂加入不同浓度的AuNPs/木质素,探究其对两种有机污染物的催化效率㊂有机污染物的光催化降解速率计算公式为:-ln(Ct/C0)=-ln(At/A0)=kt(2)式中:A0为初始吸光度;At为t时刻吸光度;C0为污染物初始浓度,mmol/L;Ct为t时刻污染物浓度,mmol/L;t为反应时间,min;k为反应速率常数,min-1㊂2㊀结果与分析2.1㊀结构表征2.1.1㊀木质素的结构表征酶解木质素纯化前,木质素的Mn为1867g/mol,Mw为2744g/mol,PD为1.47;纯化后,木质素的分子量降低,Mn降低至855g/mol,Mw降低至1243g/mol,PD约为1.45,无明显变化㊂纯化前,分子量大的木质素在丙酮中溶解度低是导致纯化木质素分子量降低的主要原因㊂纯化木质素的31P⁃NMR对应主要特征峰的归属及定量分析如表1所示,纯化木质素中紫丁香基酚羟基含量为1.48mmol/g,愈创木基酚羟基含量为2.65mmol/g,对羟苯基酚羟基含量为1.52mmol/g,脂肪族羟基含量为4.37mmol/g,羧基含量为2.94mmol/g㊂31P⁃NMR分析结果表明:纯化木质素含有丰富的还原性基团(羟基),能够将Au(Ⅲ)还原成Au(0)㊂表1㊀由31P⁃NMR分析得到的木质素羟基含量Table1㊀Thehydroxylcontentsoflignindeterminedby31P⁃NMR化学位移δ信号归属纯化木质素/(mmol㊃g-1)152.5 151.5脂肪族羟基4.37142.7 140.4紫丁香基酚羟基1.48140.4 138.8愈创木基酚羟基2.65138.7 137.4对羟苯基酚羟基1.52142.7 137.4总酚羟基5.65136.0 133.6羧基2.942.1.2㊀AuNPs的结构表征AuNPs/木质素的TEM图见图1a,在模拟太阳光照射条件下,酶解木质素作还原剂和稳定剂,能够获得尺寸较均一且分散性良好的AuNPs/木质素㊂AuNPs的高分辨图像电子衍射图像(SAED)见图1b,经测量分析可知AuNPs的晶格条纹间距111林业工程学报第9卷a)TEM;b)高分辨⁃TEM;c)木质素和AuNPs/木质素的XPS光谱;d)Au4f的高分辨率XPS光谱㊂图1㊀AuNPs的结构表征图Fig.1㊀StructuralcharacterizationdiagramsofAgNPs为0.235nm,与文献[14]报道的AuNPs(111)晶面的晶格间距一致,AuNPs的SAED中(111)㊁(002)㊁(022)㊁(222)㊁(024)平面的出现证明了生成的AuNPs是多晶结构㊂采用XPS对AuNPs以图2㊀不同HAuCl4和木质素溶液体积比下AuNPs紫外⁃可见光谱图和粒径分布Fig.2㊀UV⁃visspectraandparticlesizedistributionofAuNPspreparedwithdifferentvolumeratiosofHAuCl4/ligninsolutions及木质素的元素组成和表面化学性质进行了表征,其XPS全谱的测试结果见图1c,相较于木质素位于286.8eV的C1s㊁400.2eV的N1s和532.17eV的O1s,AuNPs出现了新的Au4f信号峰分别对应于Au的4f5/2和4f7/2位于87.5和83.8eV的特征峰(图1d),综上可知,本研究已经成功制备了AuNPs㊂2.2㊀AuNPs/木质素制备工艺优化2.2.1㊀溶液体积比研究表明,Au㊁Ag㊁Pt等贵金属纳米粒子在紫外可见光波段展现出很强的光谱吸收,从而发生局域表面等离子体共振(LSPR)的现象,AuNPs的紫外吸收峰λ=520nm㊂因此,HAuCl4溶液/木质素溶液反应后出现的UV特征吸收峰,表明溶液中Au3+被木质素溶液还原形成Au单质㊂此外,特征吸收峰的变化可以反映表面等离子体共振(SPR)的频率变换,SPR发生蓝移表明金属纳米粒子的粒径减小,SPR发生红移表明金属纳米粒子的粒径增大[15-16]㊂当HAuCl4溶液与木质素溶液体积比为1ʒ1时,在520nm处出现了比较明显的特征峰(图2a),表明AuNPs的生成,并且随着溶液体积比的增大,520nm处的吸收峰逐渐变得尖锐并出现蓝移,说明AuNPs的粒径随反应体系中Au3+211㊀第1期李茉琰,等:木质素还原制备金纳米颗粒及其催化性能增多而逐渐减小,并且当HAuCl4溶液与木质素溶液体积比为4ʒ1时,特征峰最尖锐且蓝移最大(图2a)㊂通过纳米粒度分析仪获得了AuNPs粒径分布(图2b),其中HAuCl4溶液与木质素溶液体积比在不断增大时,AuNPs平均粒径出现了先减小后增大的趋势㊂当两溶液体积比为4ʒ1时,此时AuNPs的平均粒径最小,为33.54nm,与UV⁃Vis分析结果一致㊂这可能是因为反应体系中Au3+的增多致使AuNPs的产率随之增加,直至HAuCl4溶液与木质素溶液体积比为4ʒ1,体系中的AuNPs开始发生聚集,不再趋于稳定㊂因此,利用模拟太阳光催化制备AuNPs时,HAuCl4溶液与木质素溶液体积比为4ʒ1时获得的AuNPs平均粒径最小㊂2.2.2㊀光照时间在不同光照时间下进行AuNPs的还原实验,结果见图3㊂如图3a所示,当模拟太阳光照射10min时,在反应体系中观察到SPR峰的出现,表明有AuNPs生成㊂随光照时间的增加,SPR强度逐渐增强,当光照时间达30min时,SPR峰的强度不再变化,表明AuNPs在该溶液体系中完成了还原;继续进行光照60min时,SPR峰位较30min出现蓝移,随后SPR峰又开始红移,表明生成的AuNPs粒径先减小后增大,因此光照催化时间为60min时AuNPs粒径达到最小㊂这一现象出现的原因可能是随着反应时间的增加,体系中不断产生AuNPs而后发生聚集㊂利用纳米粒度仪测量不同光照时间下的AuNPs粒径分布,如图3b所示,随着光照时间的增加,AuNPs的粒径在光照60min时最小(32.68nm),与SPR峰测量结果一致㊂因此,模拟太阳光催化制备图3㊀不同光照时间下AuNPs紫外⁃可见光谱图和粒径分布Fig.3㊀UV⁃visspectraandparticlesizedistributionofAuNPspreparedwithdifferentilluminationtimes㊀㊀光照30,60和90min制得的AuNPs的TEM形貌图见图4㊂结果表明,光照时间对AuNPs的形貌及尺寸影响较小㊂当光照时间为30min时,AuNPs的平均粒径为41.63nm;当光照时间为60min时,AuNPs的平均粒径为32.68nm;当光照时间为90min时,AuNPs的平均粒径为39.98nm㊂a)30min;b)60min;c)90min㊂图4㊀不同光照时间生成的AuNPsFig.4㊀MorphologyofAuNPspreparedwithdifferentlightirradiationtimes2.2.3㊀HAuCl4浓度当HAuCl4溶液与木质素溶液体积比和光照时间固定时,反应体系中适当的Au3+浓度可以使木质素迅速将Au3+还原成AuNPs[10]㊂不同HAuCl4浓度下木质素还原AuNPs的SPR谱图见图5㊂如图5a所示,AuNPs的SPR峰随HAuCl4浓度增大而逐渐增强,说明溶液中生成的AuNPs不断增多㊂当HAuCl4浓度为1.00mmol/L时,AuNPs在520nm处的SPR尖锐且峰值高,说明此时AuNPs粒径分布窄且产量较高;当HAuCl4浓度增大至1.50mmol/L时,SPR峰值到达最大,继续增大浓度,SPR峰值开始逐渐减弱,半峰宽变大,峰位红移,此时生成的AuNPs因体系中Au3+的饱和而发生团聚导致粒径增大,Au核浓度也随之降低㊂不同HAuCl4浓度下生成的AuNPs粒径分布图见图5b㊂由图5b可知,随着HAuCl4浓度的增加,Au311林业工程学报第9卷NPs粒径表现出逐渐减小的趋势㊂直至HAuCl4浓度增大至1.00mmol/L时,AuNPs的平均粒径最小,为32.41nm;此后随着HAuCl4浓度的继续增加,生成的AuNPs无法均匀分散在体系中而发生团聚,粒径逐渐增大,当HAuCl4浓度为3.00mmol/L时,AuNPs的平均粒径可达703.8nm㊂图5㊀不同HAuCl4浓度下AuNPs紫外⁃可见光谱图和粒径分布Fig.5㊀UV⁃visspectraandparticlesizedistributionofAuNPspreparedwithdifferentconcentrationsofAu3+㊀㊀在光照条件下,控制不同浓度的HAuCl4溶液得到AuNPs的形貌如图6所示㊂当HAuCl4浓度较低时,Au3+被还原成Au核后,由于Au3+不足,导致Au停止生长,稳定分散在溶液中(图6a和b);随着Au3+浓度的增加,被还原的Au核也越来越多,Au3+开始附着在Au核表面上生长从而出现了不同形貌(图6c);当HAuCl4浓度为1.00mmol/L时,生成的AuNPs浓度较0.50mmol/L时更高,尺寸更均一(如图6c和d);当HAuCl4浓度继续增加至1.50mmol/L时,AuNPs开始出现不同程度的团聚(图6e),继续增加HAuCl4浓度,团聚现象加剧(图6f)㊂这与图5a中Au3+高于1.50mmol/L时,AuNPs的SPR峰强度降低,并伴随着红移现象的出现一致㊂因此,利用木质素在模拟太阳光催化下制备AuNPs最佳的HAuCl4溶液浓度为1.00mmol/L㊂a)0.05mmol/L;b)0.10mmol/L;c)0.50mmol/L;d)1.00mmol/L;e)1.50mmol/L;f)2.00mmol/L㊂图6㊀不同浓度HAuCl4制得AuNPs的TEM图Fig.6㊀MorphologyofAuNPspreparedwithdifferentconcentrationsofAu3+2.3㊀AuNPs/木质素的催化性能2.3.1㊀AuNPs/木质素催化还原模型污染物室温下,以MB和4⁃NP作为有机污染物模型探究AuNPs/木质素分散体系的催化活性㊂利用UV⁃Vis分别测定MB和4⁃NP在664和400nm处的紫外吸收峰强度变化[14,17]㊂在3mLMB(0.05mmol/L)和NaBH4(0.05mmol/L)溶液中加入15μLAuNPs/木质素分散液(1mmol/L),MB在664nm处的特征吸收峰强度随时间的增加而逐渐减弱,并在5min后趋于平缓(图7a)㊂MB的催化还原率在5min内达97%,MB几乎完全被还原;同样地,加入20μLAuNPs/木质素分散液(1mmol/L)时催化还原率在3.3min内达95%(图7b);而当反应体系中只有MB和NaBH4存在时,即使均匀混合12min,MB在664nm处的吸收峰也几乎不发生变化,这说明没有AuNPs存在时,MB未发生还原反应(图7c)㊂在3mL4⁃NP(0.05mmol/L)和NaBH4(0.05mmol/L)溶液中加入50μLAuNPs/木质素411㊀第1期李茉琰,等:木质素还原制备金纳米颗粒及其催化性能分散液(1mmol/L),随着反应时间的增加,4⁃NP在400nm处的特征吸收峰强度逐渐减弱(图7d)㊂同时,300nm处新出现的紫外吸收峰,表明4⁃NP被逐渐催化还原成4⁃氨基苯酚(4⁃AP)㊂反应进行到7.3min时,AuNPs对4⁃NP的催化还原率达82%;AuNPs/木质素分散液(1mmol/L)加入量为80μL达83%(图7e),AuNPs/木质素分散液加入量的增加使其对4⁃NP的催化还原时间明显缩短;当反应体系中只有4⁃NP和NaBH4时,即使混合反应12min,4⁃NP在400nm处的紫外吸收峰也基本不变(图7f),这说明体系中无AuNPs/木质素存在时,4⁃NP未发生催化还原㊂实验结果表明,AuNPs/木质素分散体系对MB和4⁃NP均有良好的催化还原作用㊂d)50μLAuNPs(1mmol/L)(4⁃NP+NaBH4);e)80μLAuNPs(1mmol/L)(4⁃NP+NaBH4);f)无AuNPs(4⁃NP+NaBH4)㊂图7㊀MB和4⁃NP在664和400nm处的紫外吸收峰强度变化Fig.7㊀UV⁃visspectraofMBand4⁃NPsolutionsaddedwithdifferentAuNPssolutions图8㊀AuNPs催化NaBH4催化还原准一级动力学Fig.8㊀Quasifirst⁃orderkineticsofreductionofMBand4⁃NPbyNaBH4catalyzedwithAuNPs2.3.2㊀AuNPs/木质素催化还原动力学分析为了进一步探究AuNPs/木质素对MB和4⁃NP的催化还原活性,通过准一级动力学计算反应速率常数k值评估反应的催化速率,k值越大,催化反应速率越快㊁反应时间越短,说明AuNPs/木质素的催化性能越好㊂根据ln(Ct/C0)与反应时间之间的线性关系计算反应速率常数k,结果如图8所示㊂20μLAuNPs对MB和NaBH4的催化反应速率k值为0.7658min-1,80μLAuNPs对4⁃NP和4的催化反应速率k值为0.3166min-1,说明催化剂AuNPs/木质素对MB㊁4⁃NP均有较好的催化还原活性,且反应动力学常数随AuNPs/木质素加入量的增加而增加㊂基于以上实验结论,提出AuNPs/木质素在该条件下对于MB的催化反应机理:NaBH4在水溶液中首先电离出Na+离子和BH4-离子,BH4-离子提供电子诱导MB的还原;在不存在催化剂的条件下,该反应的发生需要越过一个较高的能量势垒,因而该反应自发过程十分缓慢㊂然而,当体系中引入AuNPs后,Au分子511林业工程学报第9卷和BH4-离子与AuNPs接触时,MB分子从AuNPs催化剂表面获得电子,随之立即被还原和解吸,为后续的MB分子释放一个新的还原位点,并重复上述过程以确保还原反应的连续性㊂4⁃NP的还原机理同上,4⁃NP分子从AuNPs催化剂表面获得电子后被立即催化还原,最终达到较高催化还原水平㊂3㊀结㊀论利用一种简单的光催化木质素还原Au(Ⅲ)的方式制备了具有优异催化还原性能的AuNPs/木质素,深入探究了Au3+浓度㊁木质素质量分数㊁光照时间等不同变量对AuNPs尺寸和形貌的影响,以MB和4⁃NP为模拟污染物,探究AuNPs/木质素的催化性能,揭示其光催化机理,具体结论如下:1)纯化木质素溶液作为Au3+的还原剂和稳定剂,在光催化条件下,通过调控HAuCl4溶液/木质素溶液体积比㊁光照时间以及HAuCl4浓度可以制得粒径可控的AuNPs㊂2)制备AuNPs的最佳工艺条件为:HAuCl4与木质素体积比4ʒ1,光照时间60min,HAuCl4浓度1.00mmol/L,其平均粒径为32.41nm㊂3)催化降解动力学分析证明AuNPs/木质素对MB(3.3min,95%)和4⁃NP(5.7min,83%)均有较好的催化还原活性㊂参考文献(References):[1]WANGBB,YANGGH,CHENJC,etal.Greensynthesisandcharacterizationofgoldnanoparticlesusingligninnanoparticles[J].Nanomaterials,2020,10(9):1869.DOI:10.3390/nano10091869.[2]LOWLE,TEHKC,SIVASP,etal.Ligninnanoparticles:thenextgreennanoreinforcerwithwideopportunity[J].EnvironmentalNanotechnologyMonitoring&Management,2021,15:100398.DOI:10.1016/j.enmm.2020.100398.[3]ARRUDAMDM,DAPAZLEÔNCIOAS,DACRUZFILHOIJ,etal.CharacterizationofaligninfromCrataevatapialeavesandpotentialapplicationsinmedicinalandcosmeticformulations[J].InternationalJournalofBiologicalMacromolecules,2021,180:286-298.DOI:10.1016/j.ijbiomac.2021.03.077.[4]荆京.水解条件下柠檬酸根修饰的球形银纳米粒子的尺寸调控[D].长春:吉林大学,2011.JINGJ.Sizecontrolofthecitratecapedsphericalsilvernanoparti⁃clesinhydrolyzingconditions[D].Changchun:JilinUniversity,2011.[5]苏秀茹,傅英娟,李宗全,等.木质素的分离提取与高值化应用研究进展[J].大连工业大学学报,2021,40(2):107-115.DOI:10.19670/j.cnki.dlgydxxb.2021.0205.SUXR,FUYJ,LIZQ,etal.Researchprogressonextractionandhigh⁃valueapplicationoflignin[J].JournalofDalianDalianPolytechnicUniversity,2021,40(2):107-115.[6]王玉先,张红漫,朱丽英,等.金属纳米团簇的合成及抗菌效应的研究进展[J].生物加工过程,2022,20(1):81-87.DOI:10.3969/j.issn.1672-3678.2022.01.011.WANGYX,ZHANGHM,ZHULY,etal.Researchprogressinthesynthesisandantimicrobialeffectofmetalnanoclusters[J].ChineseJournalofBioprocessEngineering,2022,20(1):81-87.[7]岳华东,杭梦婷,郑梦绮,等.新型的氨基稀土金属有机骨架材料的制备及光催化降解有机染料研究[J].化工新型材料,2022,50(6):146-150.YUEHD,HANGMT,ZHENGMQ,etal.Studyonprepara⁃tionofnewtypeaminoY⁃MOFmaterialandphotocatalyticdegra⁃dationoforganicdyes[J].NewChemicalMaterials,2022,50(6):146-150.[8]CHENY,WUT,XINGGL,etal.Fundamentalformationofthree⁃dimensionalFe3O4microcrystalsandpracticalapplicationinanchoringAuasrecoverablecatalystforeffectivereductionof4⁃nitrophenol[J].Industrial&EngineeringChemistryResearch,2019,58(33):15151-15161.DOI:10.1021/acs.iecr.9b02777.[9]WUF,YANGQ.Ammoniumbicarbonatereductionroutetouni⁃formgoldnanoparticlesandtheirapplicationsincatalysisandsur⁃face⁃enhancedRamanscattering[J].NanoResearch,2011,4(9):861-869.DOI:10.1007/s12274-011-0142-9.[10]张清桐,运晓静,颜德鹏,等.太阳光催化木质素制备银纳米颗粒[J].林产化学与工业,2019,39(4):35-41.DOI:10.3969/j.issn.0253-2417.2019.04.005.ZHANGQT,YUNXJ,YANDP,etal.Preparationofslivernanoparticlesbyligninundersolarlightirradiation[J].ChemistryandIndustryofForestProducts,2019,39(4):35-41.[11]LIJ,ZENGHC.PreparationofmonodisperseAu/TiO2nanoca⁃talystsviaself⁃assembly[J].ChemistryofMaterials,2006,18:4270-4277.DOI:10.1021/cm06362r.[12]DASSK,DICKINSONC,LAFIRF,etal.Synthesis,characte⁃rizationandcatalyticactivityofgoldnanoparticlesbiosynthesizedwithRhizopusoryzaeproteinextract[J].GreenChemistry,2012,14(5):1322-1334.DOI:10.1039/C2GC16676C.[13]ZHANGQT,LIMF,GUOCY,etal.Fe3O4nanoparticlesloadedonligninnanoparticlesappliedasaperoxidasemimicforthesensitivelycolorimetricdetectionofH2O2[J].Nanomaterials,2019,9(2):210.DOI:10.3390/nano9020210.[14]ZHANGQT,LIMF,LUOB,etal.Insitugrowthgoldnanopar⁃ticlesinthree⁃dimensionalsugarcanemembraneforflowcatalyticalandantibacterialapplication[J].JournalofHazardousMaterials,2021,402:123445.DOI:10.1016/j.jhazmat.2020.123445.[15]CHENX,ZHUHY,ZHAOJC,etal.Visible⁃light⁃drivenoxi⁃dationoforganiccontaminantsinairwithgoldnanoparticlecata⁃lystsonoxidesupports[J].AngewandteChemie(InternationalEdinEnglish),2008,47(29):5353-5356.DOI:10.1002/anie.200800602.[16]TAKAHIROK,NAYASI,TADAH.Highlyactivesupportedplasmonicphotocatalystconsistingofgoldnanoparticle⁃loadedme⁃soporoustitanium(Ⅳ)oxideoverlayerandconductingsubstrate[J].TheJournalofPhysicalChemistryC,2014,118(46):26887-26893.DOI:10.1021/jp5094542.[17]ZHANGQT,SOMERVILLERJ,CHENL,etal.Carbonizedwoodimpregnatedwithbimetallicnanoparticlesasamonolithiccontinuous⁃flowmicroreactorforthereductionof4⁃nitrophenol[J].JournalofHazardousMaterials,2023,443(PtB):130270.DOI:10.1016/j.jhazmat.2022.130270.(责任编辑㊀李琦)611。
金属与非金属纳米颗粒的合成与表征

金属与非金属纳米颗粒的合成与表征一、引言纳米技术作为当今科学技术领域的一个重要分支,成为人们关注的热点之一,其所涉及的研究领域非常广泛,包括生物医学、物理化学、材料科学和环境科学等方面。
金属和非金属纳米颗粒的合成和表征作为纳米研究的关键环节之一,在纳米技术的应用中具有广泛的应用前景。
因此,本文就金属和非金属纳米颗粒的合成和表征进行探讨,为纳米材料的合成和应用提供理论依据和技术支持。
二、金属纳米颗粒的合成金属纳米颗粒的制备方法有物理方法和化学方法两种。
物理方法主要有气相法、溅射法和高温工艺法等;化学方法主要有还原法、沉淀法和电化学反应法等。
下面分别介绍其中几种方法。
(一)还原法还原法是制备金属纳米颗粒的一种重要方法,其主要原理是利用还原剂还原金属离子,使金属离子在还原剂的作用下转化为金属原子,产生金属纳米颗粒。
还原剂的种类和浓度、温度、PH值等参数的影响都对还原反应有重要影响。
(二)溶剂热合成法溶剂热合成法是利用有机溶剂的高温和高压促进金属离子和还原剂(通常由有机酸、有机醇等组成)的反应,产生金属纳米颗粒的一种方法。
因为在高温高压下,溶剂的介质界面张力和离子的扩散性能都得到增强,从而促进了金属离子的还原和纳米颗粒的形成。
(三)热分解法热分解法是一种利用金属有机化合物在高温下分解得到金属纳米颗粒的方法。
该方法在加热过程中,有机化合物发生分解反应,从而在反应体系中形成纳米颗粒。
这种方法可制备各种金属化合物、合金和合金纳米颗粒。
三、金属纳米颗粒的表征金属纳米材料的表征方法主要有透射电镜、散射光谱和X射线粉末衍射等。
下面分别介绍这些方法的原理和应用。
(一)透射电镜透射电镜(TEM)是目前表征纳米材料最常用的方法。
它利用电子束的散射特性,对样品进行成像和分析。
透射电镜主要用于观察纳米颗粒的形貌,大小和分布。
通过TEM图像,可以直观的看出纳米颗粒的形貌和尺寸大小等信息。
(二)散射光谱散射光谱是一种利用金属纳米颗粒散射光的方法来表征金属纳米颗粒的尺寸和分布。
一种金纳米粒子制备及表征研究

有生物相容性 的胶体 金纳米粒子 , 使用壳 聚糖 、 巴胺 、 基酸 、 多 氨 环糊精 等做稳定 剂和表面修饰的制备研究也有报道 I 。 4
中, 保持沸腾并定容 , 数分钟后冷却。
. 采用葡 萄糖 一 柠檬 酸钠水溶液体系制备 A u纳米粒子 , 用 1 3 纳米 粒子 的表 征 不 A u纳米粒子 以 u V—V s吸收 光谱 表征 和 T M 表征 ,E i E TM 加入制备纳米 金胶体 时常 用 的高 分子 聚合物 保护 剂 P A( 乙 V 聚 溶液 挥发 至 烯醇) P P 聚乙烯吡 咯烷 酮 ) , 且 葡萄糖 作为 人体 的基本 的样 品制备 是将 胶体 溶液滴 在碳 膜覆 盖 的铜 网上 , 、V ( 等 并 然后在操作 电压 20 V时摄取 T M 图像 。 0k E 元素和最基本 的医药原料 , 对人体无 毒副作用 。由于 A / u C催 化 干 ,
剂被应 用于催 化葡 萄糖 为葡萄 糖酸 的反应 。这样 , 可 能简 化 有 合成 A / u C催化剂及其 液相 催化反应的手续 。于是 , 在本研究 中 提出了一种 简单 的 A u纳米 粒子 的化 学制 备方法 。通过对 胶体 溶液 u V—Vs i 吸收光谱和粒子的 T M表 征 , E 获得 了 良好 球形 和 单分散 的金 纳米 粒子 , 同时对金纳米粒 子成 核机理进行 了探讨 。
Sy t e i nd Cha a t rz to f Go d Na o r i a s n h ss a r c e i a i n o l n pa tc l
Z — n LU W i, O hu— r i r g , I பைடு நூலகம் e D NGS o at i ( cec o ee o g eU i r t,K yL b rt yo a r h r ae t a & C e i l i oyo u nn 1S i eC l g ,H nh nv s y e aoa r f t a P am cui l n l ei o N ul c h m c o g f n a aB l Y
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盖 的 铜 网 上 , 液 挥 发 至 干 , 后 在 操 作 电 压 溶 然
20 V 时摄 取 T M 图像 。 0k E
3 结 果 与机 理 探 讨
21 年第 3 01 期
S nt e i n y h s s a d Cha a t r z tO f Go d Na O a tc l r c e ia i n 0 l n p r i a s
Wa gJ n Y h n z o L Zjn n ig, i o g h u, i iig Z
g . h m eF] 0 4 1 4 1 , 9 -3 6 Y C e .n vJ .2 0 , 0 ( ) 2 3 4 .
[]Moen n 2 rra sM,D n e a el G,D me .. e st ec l ia mea s e yJ S n iv ol d l tl i o
图 2 Au纳 米 粒 子 T M 图 E
( od o i e g l r sl r) sann f pr en lt n ir c luo e m e v t iig o oti bo s o n t ells m- o
ba e.An l ie e J ,18 ,1 5 1 . rn s a Bo hm[] 9 5 4 :3 5
机 理 探讨
[ ]吴泓橙 , 3 董守安 , 董颖男 , 等.金纳米 粒 子的 阳光光化 学合 成和
晶种媒介生长. 高等学校化学学报 [] 20 ,8 1 : 一1 . J ,0 7 2 ( ) l O 5 [ ]董守安. 4 纳米技术中的金元素. 贵金属口] 2 0 ,4 5 —6 _ ,0 3 2 :4 l [ ]T re i , .C l i l o .P r I H s r a adP e aa 5 uk v h J o o a G l at . i o i l n rp r c ld d 一 t c - t e se s i p c ,Mop oo ya t cue o u [ ] 9 5 1 vA t rh l n Sr tr g d u .G l B l J .18 , 8 d l
到 基础化 工再 到精细化 工 的完 整产 业链 。项 目全部
采用柠檬酸钠水溶液体系制备 A u纳米粒子 ,
表征 , E 的样 品 制 备 是 将 胶 体 溶 液滴 在 碳 膜 覆 T M
不用加入制备纳米金胶体时常用的高分子聚合物保
护剂 P VA( 乙烯 醇 ) P 聚 、 VP( 乙 烯 吡 咯烷 酮 ) , 聚 等 并 且 柠檬 酸 钠对人 体无 毒 副作 用 。在 本研究 中提 出 了一 种 简单 的 Au纳米 粒 子 的化 学制 备方 法 。通 过 对 胶 体 溶 液 UV- s吸 收 光 谱 和 粒 子 的 TE 表 Vi M
( ) 寸均 匀 ; 1尺
() 2呈球 形 单分 散 分布 ;
( ) 均 粒径 只有 7 n 3平 —8 m。
参 考 文献
[ ]Mai C r t eD ne, de tu.GodNa o at ls 1 r - h i i a ilDiir rc e sn As l n p rie :As c -
图 3 柠檬酸钠水溶液体 系金纳 米粒子的热化学合成机 理
0 0 5 0 0
Wa ee gh n v ln t(m)
图 1 Au 体 溶 液 的 UV- s 收 光 谱 图 胶 Vi 吸
3 结论
通 过较 为严 格 温度 控制 的柠 檬 酸钠水 溶 液体 系
制 备得 到 的 Au纳 米粒 子 :
光光度计对该实验样品进行 了表征 , 结果表明此类纳米粒子尺寸均匀 、 呈球形单分散分布。
一
关键 词 : 米金 纳
制备
表征
1 引 言
金 纳 米 粒 子 的制 备 已 经 报 道 了许 许 多 多 的方 法 , 中以柠 檬酸 盐 做稳 定 剂 和还 原剂 的 化学 合成 其
是 最 为经 典 的 。控 制 Au I ) (I 和柠 檬 酸 盐 的 比例 , I
物 医学领 域 中具 有 广 泛 的应 用 。另一 方 面 , 们 为 人
仪器 : a d 0 L mb a90UV/ S NI 光 谱仪 ( e— VI/ R Pr knEme 公 司) J M-00E i l r ; E 20 X透射 电子 显微镜 。
2 2 Au纳 米粒子 制备 .
米粒子 , 使用壳聚糖 、 多巴胺 、 氨基酸、 环糊精等做稳
定 剂 和表 面修饰 的制 备 研究 也 有报 道0 。此类 报 道 主要是 针对 体 系 中的保 护剂 做改 变 , 法类似 , 方 但 是 所 制备 金纳 米颗 粒尺 寸不 是很 均匀 , 分散 性较差 。
Au纳米 粒子用 Uv_ s 收光 谱 表征 和 TE vi 吸 M
A h s n A l i a dC t yi P o et s G l B l J . 9 5 1 d ei , l yn n a t rp r e. o u [] 1 8 ,8 o o g a l c i d l
( :2 4) 1 5— 1 6 2.
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四川化 工
第1 4卷
( :8 — 9 . 3) 6 1
[ ]Tuk vc ,J olia God P r L一( o r o g l in 6 re i h .C l d l l. atI o lu ,C a ua o , t
柠檬酸钠水溶液体系金纳米粒子的热化学合成
机理如图 3 示 。 所 首先 , 在较 高 温 度 下 , 檬 酸 钠 保 护 的 Au+被 柠 。
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四川化 工
第1 4卷
21 年 第 3期 01
金 纳 米 粒 子 的 制 备 及 袁 征 研 究
பைடு நூலகம்
王
静
易 中周
李 自静
( 河学 院理 学 院, 南蒙 自,6 10 红 云 6 10)
摘 要
以氯金 酸 为原料 , 柠檬 酸钠 为保 护剂 , 成功制 备 出金 纳米 粒子 , 用 透射 电镜 和 紫外 一 见分 并应 可
( in e le e H o g eUn v riy,Yu n nM e g i6 1 0 ,C n ) Sce c lg , n h ie st Co n a n z 6 1 0 hia
Ab ta tW ih HAu 4aa e ca t , 3 6 sp o e tn g l a o a t aswe es c e su l y — sr c : t C1 sr a t n s Na 07a r tca t, o dn n p r i l r u c s fl s n C H5 c y
3 1 UV_ s吸收光谱 表征 . Vj
当将 HA C 人 到 柠 檬 酸 钠 溶 液 时 , 液 的 uI 加 溶
颜色迅速的变成蓝色 , 随着加热时间增长 , 又变为紫
色, 最后 变为 红 色 。 当为红 色 时 纳米 Au胶 体 溶液 已制 备结束 。
同时对 金 纳米 粒子成 核机 理进 行 了探讨 。
2 1 试 剂与 仪器 .
HAu l 液; 王 水 溶 解 9 .9 纯 金 制 备 ; C 溶 用 9 9
柠檬 酸钠 ( 析纯 , 分 天津 市化学 试剂 一厂 ) 水为 石英 ; 蒸 馏器 蒸馏 的二次水 。
F es ] rnE获得 了不 同尺寸 的单分 散 金纳 米粒 子 , 最小 粒径 为 1 m。这一 方法 目前 已经 被广 泛使 用 。 由 2n 于柠 檬 酸盐 稳定 的 Au纳米 粒子 无 细 胞 毒 性 , 生 在
在 10mI烧 杯 中加入 3rg柠檬 酸 钠水溶 液 , 0 0 a 将 其加 热至 9  ̄ 然后 将 2ml . / 5C, 6mg ml 0 HAu 1 C 加 入水 中 , 保持 温度 并定容 ,O分钟 后冷却 。 3
2 3 纳米 粒 子的表 征 .
获 得单 分 散或 更小 尺寸 具有 生物 相容性 的胶 体金纳
t e ie h sz d,TEM n V— s s e t o c p r s d t h r c e ie t e s m p e . Th e u t n ia e t a a dU Vi p c r s o y we e u e o c a a t rz h a l s e r s ls i d c t h t t e g l a o a t a swe e i n a e a e d a t r a d mo 0 ip r e p e ia . h o d n n p ri l c r n a v r g ime e n n d s e s d s h rc 1
Ke r s g l a o a tc l;s n h ss h r ce iain ywo d : od n n p rias y t e i;c a a trz to
香 港玖 源 集 团建设 年产 1 0万吨 复合 肥 等 项 目 0
2 1 年 3月 2 01 5日, 港 玖 源 集 团广 安 气 盐结 香 合 系列化 工 项 目开工 仪式 在 四川广 安经 济技术 开发 区新 桥化 工 园 区隆重 奠基 。该 项 目总投 资 6 亿 元 , O 占地 面积 10 50亩 , 将依 托广 安 丰富 的天然气 、 炭 、 煤 纯碱 、2 万 吨盐 卤矿 等项 目, 设 高 技 术 、 境 友 10 建 环 好, 资源 综合利 用 的循 环产 业项 目, 终形 成从 资源 最
团聚 , 制 了较小 粒径 , 使其 颗 粒均 匀并 呈球 形 分 控 并
布。
Ct t iae r
图 2为柠 檬 酸钠水 溶 液体 系所 制 备 的 Au纳 米