纳米金催化剂研究进展
纳米金提高PCR反应效率
纳米金提高PCR反应效率1.纳米金的研究背景近年来，纳米颗粒的应用已经成为分子检测中的研究热点。
其中一种新型的PCR添加剂——纳米金（Au nanoparticles，AuNPs）作为生物兼容性良好的新型材料，具有很多不同于宏观材料的物理特性和化学特性而备受关注。
2005年，在科学家发现纳米金颗粒可以显著提高PCR反应速率后，许多学者对纳米金对提高PCR效率的反应机理做出大量研究，起初，多数学者认为纳米金通过调控DNA聚合酶影响PCR反应。
同时，有科学家认为纳米金颗粒不能提高PCR的特异性，而是能通过促进短链产物的扩增而抑制长链产物的扩增，通过增加TaqDNA聚合酶的浓度或者加入小牛血清蛋白（BSA），纳米金粒子的抑制效应会降低。
又提出在荧光定量PCR中，纳米金粒子和TaqDNA聚合酶之间存在相互作用关系，较高的纳米金粒子浓度会降低PCR的反应效率【1】。
至于纳米金的作用机制直至目前仍未完全弄清。
1.纳米金的性质纳米金又称胶体金，是指粒子直径在1nm~100nm之间的金粒子具有高电子密度、介电特性和催化作用，能与多种生物大分子结合，且不影响七生物活性。
由氯金酸通过还原法可以方便地制备，不同粒径的纳米金其颜色依直径大小呈红色至紫色。
【2】随着金微粒尺寸的减少，其表面能及表面张力增加，进而使其性质发生改变，即表面效应。
因此纳米金活性很高，易于其他原子结合。
这也是纳米金可以做PCR催化剂的因素之一。
2.纳米金对PCR效率提高机制的研究目前已有文献报道一些PCR添加剂如石墨烯、甜菜碱、酰胺类化合物等可以有效地改善PCR扩增效率。
经研究纳米金粒子作用机制应该与以上这些不同，当TaqDNA聚合酶浓度一定时，加入适量纳米金粒子会促进PCR反应，但随着纳米金粒子的增加，又会对PCR产生抑制作用。
纳米金粒子可能起到DNA聚合酶β亚基的作用，它的作用就像“滑动夹子”（sliding clamp）携带着聚合酶沿着DNA链自由滑动【3】。
纳米级金属氧化物催化剂的制备及应用研究
纳米级金属氧化物催化剂的制备及应用研究随着化学科研技术的不断发展，人们对新型材料的需求也与日俱增。
其中，纳米级金属氧化物催化剂被广泛应用于化学反应、环境治理和能源开发等领域。
本文将介绍纳米级金属氧化物催化剂的制备及应用研究进展。
一、纳米级金属氧化物催化剂的制备方法1. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是制备纳米级金属氧化物催化剂的常用方法之一。
该方法的主要步骤包括溶解金属离子、加入表面活性剂、加入还原剂、沉淀并干燥等。
溶胶-凝胶法制备的催化剂具有高比表面积、粒径小、分散均匀等优点，因而被广泛地应用于催化反应中。
2. 水热法水热法是利用水蒸气的高温、高压条件下进行纳米级金属氧化物催化剂制备的一种方法。
该方法的主要步骤包括将金属离子和配体放入容器中，在加入一定量的水后，采用高温高压条件下进行反应，得到所需的纳米级金属氧化物催化剂。
3. 共沉淀法共沉淀法是一种简单的制备纳米级金属氧化物催化剂的方法。
该方法主要步骤包括将溶有不同金属离子的溶液混合，加入沉淀剂后，沉淀出所需的纳米级金属氧化物催化剂，并通过洗涤、干燥等步骤制得所需的纳米级金属氧化物催化剂。
二、纳米级金属氧化物催化剂的应用研究进展1. 催化剂在环境治理中的应用纳米级金属氧化物催化剂在环境污染治理中具有广阔的应用前景。
比如，氮氧化物（NOx）是一种常见的环境污染物，其在大气中的含量较高，容易形成酸雨和雾霾。
纳米级金属氧化物催化剂可以催化将氮氧化物转化为无害的氮气和水，从而降低大气污染。
2. 催化剂在能源开发中的应用纳米级金属氧化物催化剂在能源开发领域的应用十分广泛。
比如，利用纳米级金属氧化物催化剂可以将生物质转化为有价值的化学品和生物燃料；将太阳能转化为化学能；促进化学反应，提高能源利用效率等。
3. 催化剂在化学反应中的应用纳米级金属氧化物催化剂在化学反应中的应用也十分重要。
例如，在有机物合成中，常需要通过催化剂加快反应速率、降低反应温度、提高产率等。
纳米金粒子制备及应用研究进展
纳米金粒子制备及应用研究进展纳米技术在21 世纪将发挥极为重要的作用,是未来纳米器件、微型机器、分子计算机制造的最可能的途径之一。
纳米材料学作为纳米技术的重要组成部分也将会受到更广泛的重视。
科学家们利用纳米颗粒作为结构和功能单元,可以组装具有特殊功能如特殊敏感性和光、电、化学性能的纳米器件。
金属纳米颗粒由于其在量子物理,信息存储,复合材料等方面的潜在应用而引起了人们的注意。
其中,金纳米粒子由于其优异的导电性能,良好的化学稳定性及其独特的光学、催化特性而吸引了更多的目光。
这主要是因为:金是一种惰性元素,其化学稳定性良好;金和硫元素之间可以形成一种非常稳定的键合作用,这有利于在其表面组装带有各种官能团的单分子层。
由于纳米金粒子这些特有的化学性能以及独特的光、电性能,自上世纪80 年代至今,化学界对纳米金粒子的应用及其功能化研究方兴未艾。
本文综述了近年来纳米金粒子的制备及应用研究进展。
纳米金粒子的制备方法一．化学还原法制备法超细金粉制备原理:将金化合物的适当溶液通过化学还原而得到单质金粉.1.抗坏血酸为还原剂生产超细金粉工艺①王水溶金将黄金用去离子水冲洗,在置于稀硝酸中煮洗5~10min后,适当加热以启动反应,当反应较为平缓后,可再加入少量王水,直至大部分尽快获金粉溶解.反映结束时应保证体系中有少量未反应的黄金存在,即在投料时必须保证黄金的过量.②浓缩,赶硝将溶金液倾入另一烧杯中，用水洗净未反应的金块或金粉，转入下一循环使用。
洗液并入溶金液。
加热并在此过程中滴加浓盐酸以赶尽氮氧化物，过滤，滤液转入旋转蒸发皿进行浓缩结晶，然后配成适当浓度的水溶液。
③还原将抗坏血酸配成饱和溶液，在不断搅拌下，将氯金酸溶液滴加到抗坏血酸溶液中，滴加完毕后继续搅拌1h，静置沉降。
④清洗、干燥和筛分将上层清液倾出，用水和乙醇以倾析法清洗金粉。
所得金粉置于真空干燥。
冷却后，将金粉过筛分级，得到不同粒度的球形金粉末。
2.Na3C6H5O7 柠檬酸钠为还原剂制得纳米金颗粒粒径在15-20nm 之间Na3C6H5O7 为还原剂时，柠檬酸钠与氯金酸的摩尔比为1.5：1 时最佳；采用HAuCl4 溶液加入到加热的Na3C6H5O7 与聚乙烯吡咯烷酮(PVP)混合溶液Na3C6H5O7 溶液加入到室温的NaBH4 与PVP 混合溶液制得的纳米金溶胶的颗粒分散性好，粒径小且更均一。
纳米金催化剂在有机反应中的应用研究
纳米金催化剂在有机反应中的应用研究随着科学发展和技术进步，材料科学快速发展，尤其是纳米材料的研究引起了广泛的重视。
纳米材料具有高比表面积、特殊的化学和物理性质，以及独特的光电性能等优势，因此受到了广泛的研究和应用。
纳米金催化剂作为具有广泛应用前景的一类纳米材料，在有机反应中展现出了卓越的催化性能，成为当前领域的热点之一。
首先，纳米金催化剂具有粒径小、表面积大、成分纯和局部结构可调控等优势。
其小尺寸能够增加催化剂与反应物之间的接触面积，提高反应速率；大比表面积可在催化剂表面提供更多的反应位点，提高反应效率。
因为独特的物理化学特性，纳米金催化剂在有机反应中表现出了卓越的催化效果。
其次，纳米金催化剂的表面可控制性有利于反应的选择性。
催化剂表面的原子结构和组成会影响催化反应的活性和选择性。
纳米金催化剂制备过程中可以实现表面的可控性，有利于调控催化剂表面的结构和组成。
这种局部结构可调控的特性使得纳米金催化剂可以实现有机反应的高效选择性。
第三，纳米金催化剂可实现“绿色催化”。
纳米金催化剂具有高效和选择性，能够降低反应温度，减少反应副产物和废弃物的产生，从而降低环境污染。
纳米金催化剂还可以促进催化反应的可重复性，更容易进行工业化生产。
以上三个方面只是纳米金催化剂在有机反应中应用的优势之一，具体还需根据不同反应和催化条件进行深入研究。
利用纳米金催化剂进行有机反应的相关研究也十分丰富，其中一些典型的有机反应包括：1. 烯烃加氢反应。
利用纳米金催化剂进行烯烃加氢反应，可以在温和反应条件下得到高品质、高收率的烃类产物。
纳米金催化剂可以在较低的反应温度下进行加氢反应，保障产物的品质，还可以提高反应速率和收率。
2. 芳基硝化反应。
纳米金催化剂可以在温和的反应条件下进行芳基硝基化反应，获取高产率的芳基硝基产物。
与传统的硝基化反应相比，纳米金催化剂可获得更好的选择性和活性，提高产物的纯度和质量。
3. 金属有机化学反应。
金属有机化学反应是一类有机合成重要的反应，在先进材料和功能材料的合成中有广泛应用。
纳米金催化剂及其应用
纳米金催化剂及其应用摘要：长期以来，黄金一直被视为具有永久价值的“高贵”金属，在人类社会象征高贵和权力，决定黄金具有这种地位的科学基础是它的化学非活泼性和优良的可加工性。
但1989年 Haruta等发现负载在Fe2O3 和 TiO2 等氧化物上的金纳米粒子具有很高低温 CO 催化氧化活性。
金催化剂具有其它贵金属不具有的湿度增强效应，在环境污染、燃料电池、电化学生物传感器等方面都有巨大的应用前景，开辟了金作为催化剂的新领域。
本文主要纳米金催化剂制备的研究现状及其部分应用。
关键词：纳米金催化剂选择性氧化加氢环境保护纳米金催化剂的制备：一、沉积-沉淀法沉积-沉淀法是将载体浸渍在 HAuCl4 的碱性（pH值为8～10）溶液中，利用带负电荷的金与载体表面间的静电相互作用实现金的沉积。
制备的纳米金粒子较好地分散于载体面，但要求载体具有尽可能大的表面积，对制备低负载量 Au 催化剂非常有效。
为了获得最大量金沉积，提高金的负载量，整个制备过程对溶液 pH 值有较大的依赖性，溶液的 pH 值决定了金的前体在水中的水解程度，能够直接影响到金在载体上的吸附，当pH值为8～9时，[AuCl(OH)3]－是 HAuCl4 水解产物中吸附能力最强的形式、，但不同的金属氧化物载体其最佳 pH 值有所不同，目前一般将pH值控制在7～10。
在沉积-沉淀法中，尿素对控制均匀沉淀非常有效，还可实现金的最大沉积，金负载量可达到12%，但该法仅适用于等电点较高（IEP>6）的 TiO2、Al2O3、CeO2 等载体纳米金的沉积。
后来有科学家研究发现，若用浸渍法对表面浸渍吸附了HAuCl4 的催化剂在高温焙烧前用氨水等碱液多次洗涤，同样也可获得与沉积-沉淀法制备的活性相当的金纳米催化剂，这种方法避免了金的流失，克服了沉积-沉淀法受载体等电点限制的缺点。
二、浸渍法浸渍法被广泛应用于工业制备贵金属催化剂，研究表明，金和载体表面间亲和力比较弱，在制备和反应过程中容易造成金纳米粒子的聚合，使得催化活性降低，通常认为不适合高度分散纳米金催化剂的制备。
纳米材料在催化反应中的应用研究
纳米材料在催化反应中的应用研究在当今科技迅速发展的时代，纳米材料凭借其独特的物理化学性质，在诸多领域展现出了巨大的应用潜力，其中在催化反应中的应用尤为引人瞩目。
催化反应作为化学工业中的核心过程，对于提高生产效率、降低能源消耗和减少环境污染具有至关重要的意义。
纳米材料的出现为催化反应带来了新的机遇和挑战，使得催化领域取得了一系列突破性的进展。
纳米材料之所以在催化反应中表现出色，主要归因于其特殊的尺寸效应和表面效应。
当材料的尺寸减小到纳米级别时，其比表面积显著增加，表面原子所占比例大幅提高。
这意味着更多的活性位点暴露在表面，能够与反应物充分接触，从而显著提高催化活性。
此外，纳米材料的量子尺寸效应使得其电子结构发生变化，导致能带隙变宽或变窄，从而影响其对反应物的吸附和活化能力。
金属纳米颗粒是纳米材料在催化反应中应用最为广泛的一类。
例如，纳米金颗粒在一氧化碳氧化反应中表现出了极高的催化活性。
传统观点认为，金是一种化学惰性的金属，但当金颗粒的尺寸减小到纳米级别时，其催化性能发生了质的改变。
研究发现，纳米金颗粒表面的低配位原子具有较高的反应活性，能够有效地吸附和活化一氧化碳分子，促进氧化反应的进行。
同样，纳米铂、纳米钯等贵金属纳米颗粒在加氢、脱氢等反应中也展现出了优异的催化性能。
这些金属纳米颗粒通常通过化学还原法、物理沉积法等手段制备，其尺寸、形状和表面结构可以通过控制反应条件进行精确调控，以实现最佳的催化效果。
除了金属纳米颗粒，金属氧化物纳米材料在催化反应中也扮演着重要的角色。
例如，纳米氧化锌在光催化分解水制氢反应中具有良好的性能。
氧化锌的禁带宽度较宽，在可见光区域的吸收较弱，但通过制备纳米氧化锌可以有效地减小其禁带宽度，增强对可见光的吸收，提高光催化效率。
此外，纳米二氧化钛在有机污染物的光催化降解方面也取得了显著的成果。
二氧化钛具有良好的化学稳定性和光催化活性，但纳米化后的二氧化钛具有更大的比表面积和更多的表面缺陷，能够更有效地吸附和分解有机污染物。
金属纳米材料在催化剂领域中的应用研究
金属纳米材料在催化剂领域中的应用研究近年来，金属纳米材料在催化剂领域中的应用越来越广泛。
这种材料不仅拥有高度的表面积和吸附能力，而且具有独特的物理化学性质，能够在催化反应中发挥重要的作用。
本文旨在探讨金属纳米材料在催化剂领域中的应用研究情况。
一、金属纳米材料的制备金属纳米材料的制备方法有很多种，如化学还原法、溶胶-凝胶法、微乳液法、电化学合成法等。
其中，化学还原法是最常用的方法。
该方法将金属离子还原为金属纳米颗粒，其优点是简单易行，反应迅速，可以得到一定大小和形状的颗粒。
二、金属纳米材料的催化反应机制金属纳米材料作为催化剂，在催化反应中的作用机理复杂多样，主要包括以下几种：1.原位催化；2.吸附前体；3.弱吸附介体；4.晶体断裂；5.金属晶粒尺寸效应。
其中，最为重要的机理是金属晶粒尺寸效应。
当金属晶粒尺寸缩小到纳米尺度时，其表面积随之增大，原子表面密度也随之增大，因此表面原子的化学性质与批量材料有所不同，尤其是具有与对应批量材料不同的电子态密度。
此外，纳米颗粒还具有极强的表面吸附能力，对吸附物的吸收效果优异，这些特性使纳米颗粒在催化剂中具有独特的作用。
三、金属纳米材料在各种催化反应中的应用1. 氧化还原反应氧化还原反应是金属纳米材料的重要应用领域之一。
研究表明，纳米铂、纳米金等金属纳米材料具有优异的氧化还原活性，能够在环境、新能源和生命科学等领域中发挥重要作用。
例如，纳米铂可以作为氢氧化物燃料电池中的催化剂，提高电池的效率；纳米金可以作为二氧化碳还原反应的催化剂，实现含碳化合物的高端特异性合成等。
2. 氢化反应在氢化反应中，金属纳米材料在选择性加氢反应中具有重要作用。
以芳香烃氢化为例，纳米铂、纳米钯等金属纳米材料在反应中显示出很高的选择性和活性，是优异的加氢催化剂。
因此，在石油炼制、生物医学等领域中有着广泛的应用。
3. 反应分子筛催化剂反应分子筛催化剂是一种新型的催化剂体系，已经成为催化领域中的热点研究领域。
金催化剂的研究进展及在环保催化中的应用
不 同的制 备 方 法 ， 可 以 得 到 不 同 粒 径 的 金 微 粒 ， 导致 不 同的 金一 载体 相 互 作用 ．表 １列 出 了采 用 不 同方 法制 备 的金 催 化 剂 ，对 Ｃ 氧 化 反 应 的 催 化 Ｏ 性 能 的差 异 ．
表 １ 制备 方法对 ｃ ｏ氧 化 反 应 速 率 的 影 响
金 位于 周期 表 第 １Ｂ族 ，与 其 同族 的元 素 为 Ｃ ｕ 和 Ａ ．由于金 的 外层 ｄ轨道 电子是 完 全充 满 的 ，并 ｇ
且 第一 电离 能 很大 （ ．２ｅ ，很 难 失去 电子 ， 因此 ９ ２ Ｖ）
金 的单 晶表 面 与分 子 之 间的 相互 作 用 力很 弱 ．事 实 上 ，在单 晶金表 面 上 ，连 极 具 反 应 活 性 的分 子 ， 如
景．
共 沉 淀法 ［ 、沉 积一 沉淀 法 、共 镀 法 ［ 、化学 蒸 气 沉
积法 Ｊ 、有 机 金 配 合 物 固 载 法 ［ 、脉 冲 激 光 沉 积 法［ 、溶 胶一 胶 法 ［ 无 定 形 金 属 合 金 法 ［ 阳 凝 、 、 离子 交换 法 ［ 、溶 剂 化金 属原 子 浸渍 法 ［ ］ １ ．在所 有 ０ 这 些 方法 中，较 常 使用 的方 法 是沉 积一 淀法 ，其 次 沉 是 共 沉淀法 和 化 学 蒸 气 沉 积 法 ．对 于 其 他 方 法 ， 比 如 有 机金 配合 物 固载 法 ， 只 能用 于 以新 制 备 的 氢 氧
化 物 沉淀 作 为载 体 的 情 形 ；共 溅 镀 法 只适 合 制 成 薄
膜 ；阳离 子交 换 法 是 采 用 沸 石 作 为载 体 ；而 脉 冲 激 光 沉积 法 ，仅 在 制备 具 有 单 一 尺 寸 金 微 粒 的 模 型 催 化 剂 时采 用 ，它 对 于从 理 论 上 研 究 纳 米 尺 寸 的 金 微
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研究现状
纳米多孔金催化剂：（甲醇氧化偶联反应制甲酸甲酯）
合成：
熔化
Ag 70 at% Au 30 at% 合金母体
140h 875°C
Байду номын сангаас
4 h 800 °C
铸锭 退火,氩 退火
结晶 自然腐蚀 HNO3 65wt%
48 h后，Ag原子含量低于1%
合金样品
电位腐蚀 HNO3 5mol/L 电压：60mV
直径：5.0mm 厚度：0.2mm
水浴控制反应温度
研究现状
结果分析：
CH3OH
研究现状
结果分析：（转化率、选择性与温度关系）
一、温度影响 由于完全氧化成 CO2需要的能量高， 升温有利于此反应 进行。 二、O2量影响 氧气含量升高，选 择性降低
低于1 at% Ag nano-Au
Ag含量的影响 猜想：1、Ag的加 入减弱Au的贵金 属性质；2、O2从 Ag溢流到Au。 （10%Ag 80°C 时全部转化为CO2）
32 h后，Ag原子含量10% 48 h后，Ag原子含量2.5%
A. Wittstock, V. Zielasek, J. Biener, C. M. Friend, and M. Bäumer Science 15 January 2010: 319-322.
研究现状
电位腐蚀：
60mV
研究现状
2.5 at% Ag nano-Au
研究现状
Au/CuO/SBA-15：（高H2气氛下氧化CO）
合成：
1.3g P123 10mL DIH2O
40°C 15min 加入 6.7ml 37%HCl 31ml H2O 8h 60 °C 17h 40°C
搅拌
12 h 100 °C
搅拌
SBA-15
6h 550 °C
研究现状
反应机理：
Au/Cu/SBA-15 第一步：H2还原 第二步：O2氧化 使Cu氧化为CuO 1% CO, 1% O2,18% CO2, and 78% H2
研究现状
催化效果：
氧化处理的催化剂具有Au/CuO结构 催化效果相对较好
第一步：H2还原 第二步：O2氧化
第三步： H2还原
研究现状
结构表征：
a:未经处理的Au/Cu/SBA-15 b:200°C 锻烧1h(Au烧结，出现Au晶体峰) c:H2还原+空气氧化处理 d:100°C反应10h（产生Cu、AuCu合金，有晶体峰）
表征结果与提出的 反应机理以及前面 的催化效果所反应的 结果相一致
研究现状
小结：
纳米多孔金与Au/CuO/SBA-15对比：
纳米金催化剂研究进展
研究背景 纳米金催化剂 研究现状 研究展望
研究背景
Masatake Haruta(春田正毅) J. Catal. 115 (1989) 301
关于纳米金的文章 发表量指数增长
Yan Zhang, Xinjiang Cui, Feng Shi, and Youquan Deng Chem. Rev., Article ASAP
研究背景
介绍：
块状Au不具备催化活性，属于化学惰性物质。
金颗粒的尺寸小于10nm时: 1、比表面积大、表面能高、表面原子所占比例大； 2、产生量子尺寸效应、表面效应、小尺寸效应； 3、原子的电子结构发生改变。 特点是：粒径越小催化活性越大；低温催化活性。
研究背景
作用：
Center for Green Chemistry and Catalysis & General Office ，LICP
样品表征：
7 at%
<1at%
自然腐蚀 48h
电位腐蚀 48h
电位腐蚀32h
研究现状
反应原理：
CH3OH被吸附的氧激活
CH3O吸附Au上
CH3O去质子转化为醛与CH3O反应
研究现状
反应装置：
体积比：2(醇):1 (氧)（50ml/min total标况）
阀门控制O2 He进料
该温度控制 甲醇饱和蒸 汽压，从而 控制进料量
加入3.8ml TEOS
反应
1g SBA-15
66mL 0.2M APTES醇溶液
干燥
乙醇 洗涤
焙烧
8h 100 °C 改性 SBA-15
3 h 80 °C
反应
2h 室温
干燥
室温
Au/Cu/ SBA-15
加入一定量 HAuCl4和Cu(NO3)2
0.1M NaOH
调pH=9
搅拌
洗涤、干燥
ACS Catal., 2012, 2 (3), pp 360–369
1、纳米多孔金在工业应用方面存在优势： 结构相对简单、不易引起烧结； 对于不同的醇都有较好的选择性。 2、负载型纳米金催化剂存在的劣势： 反应机理不明确、结构复杂； 氧化处理后的催化效果可能与CuO与Au的强相互作用有关； 负载型催化剂的通病:活性组分丢失、烧结等。
研究展望
一．可控性催化剂制备的理论的确立 二．催化反应机理的深入探讨 三．在精细有机催化反应中具有重要地位 四．对于绿色化学的发展有重大意义