隨著科技的發(fā)展,納米材料日益走近人類的生活。相較于昂貴的貴重金屬而言,過渡金屬納米材料由于其在地球上儲量高、成本低、具有較好的光電效應等諸多優(yōu)點在能源催化、環(huán)境監(jiān)測、污水處理、生物醫(yī)藥等方面有著廣泛的研究與應用前景。零維的納米材料由于其較高的表面能導致易團聚使其催化活性位點減少而降低催化活性和循環(huán)使用性。因此,高穩(wěn)定性且通過靜電紡絲技術(shù)簡便方法制備的一維納米材料更具有實際應用價值。同樣,二維納米片自組裝一維納米管分層結(jié)構(gòu)由于其特殊的物理化學性質(zhì)和潛在的應用價值在很多領(lǐng)域引起了極大地關(guān)注。由于二維納米材料具有較高的原子暴露比率和電子傳導率等諸多優(yōu)勢在探針傳感和催化領(lǐng)域有著廣泛研究。然而二維的材料也存在一些弊端,例如穩(wěn)定性較差。因此,將高穩(wěn)定性的一維材料與高催化活性的二維的材料相結(jié)合,既可以保證催化劑的高活性,又能提高納米材料在實際應用中的循環(huán)使用性�；谝陨涎芯勘尘�,本論文主要以廉價過渡金屬鹽為原料,通過靜電紡絲、超聲等手段制備了一系列低維度過渡金屬氧化物,并且研究了他們在催化和生物分析檢測等相關(guān)方面的應用及臨床應用前景,本論文研究內(nèi)容具體如下:(1)我們首次設(shè)計并合成了葉酸修飾的具有高效光催化氨基硼烷釋放氫氣的管套管CuO/Co_3O_4異質(zhì)結(jié)納米纖維。這種異質(zhì)結(jié)纖維通過可見光照射下催化分解氨基硼烷產(chǎn)生的壓力信號達到對癌細胞的高靈敏度和快速的識別。具體檢測機制是:在可見光的照射下,合成的異質(zhì)結(jié)納米纖維可以高效催化氨基硼脘分解產(chǎn)生氫氣。這樣的氣體生成反應可以把葉酸和葉酸受體之間的分子識別信號轉(zhuǎn)化成壓力信號,這種壓力變化的示數(shù)能夠用便攜式、廉價的氣壓計讀出,以達到癌細胞檢測的目的。與已報道的檢測方法相比較,我們的方法具有明顯的優(yōu)越性,可以在15分鐘內(nèi)實現(xiàn)癌細胞的快速檢測,檢測線低達每毫升血液中50個癌細胞。這也證明我們設(shè)計的新型的基于壓力響應的癌細胞檢測探針在靈敏度方面有著明顯的優(yōu)勢,有望作為癌癥早期臨床診斷的有用工具。(2)本課題提出了一種綠色方法制備鈷酸錳納米管。所制備的鈷酸錳納米管能夠催化氧化TMB從而導致其溶液顏色從無色變化到藍色。而且,這種納米管可以高效催化雙氧水分解生成氧氣。氧氣的生成可以引起瓶子內(nèi)壓力顯著提高。因此,建立了一種基于鈷酸錳催化發(fā)生顏色變化和壓力變化的新型的雙模式癌細胞檢測體系,即通過氧氣產(chǎn)生的氣壓信號和TMB作為顯色分子的壓力和比色的雙模式信號實現(xiàn)癌細胞檢測。通過使用葉酸(FA)作為識別分子,葉酸受體過度表達的癌細胞可以通過比色和壓力計信號檢測,其對癌細胞的檢測限達到每毫升血液中50個。并且這種雙模式探針可以在血清樣本中檢測癌細胞。我們希望這種以鈷酸錳為基礎(chǔ)的雙模式探針可以為早期臨床診斷提供了一個很有前景的生物診斷平臺。(3)我們發(fā)展了一種簡便普適的方法來制備多級納米片組裝的MCo_2O_4(M=Ni,Cu,Zn)納米管。首先通過PAN/M-Co堿式醋酸鹽與硼氫化鈉之間羥基化反應得到殼核結(jié)構(gòu)的PAN/M-Co復合納米纖維材料。這些纖維通過煅燒可以得到相對應的鈷酸鹽納米片構(gòu)成的納米管。而且,實驗制備的鈷酸鹽納米管,尤其是鈷酸銅納米管作為催化劑,在可見光照射下對光解水制氧展現(xiàn)很高的催化活性和循環(huán)穩(wěn)定性。鈷酸銅的催化產(chǎn)氧TOF值可高達51.1 mmol g~-11 h~(-1),明顯高于已報道的大多數(shù)催化劑。這種制備方法具有較高的普適性,可以用于合成其它的多元素氧化物為基礎(chǔ)的納米片構(gòu)成的納米管,有望改善癌細胞缺氧環(huán)境,用于癌癥的診療。(4)我們制備了一系列均一厚度(約2 nm)的多元素過渡金屬氧化物高熵超薄納米片。為了進一步驗證該制備方法的普適性,我們用此方法成功地制備了一系列不同種類的多元素過渡金屬氧化物超薄納米片。通過對葡萄糖無天然酶標記的電催化檢測研究發(fā)現(xiàn),這些所制備的超薄氧化物納米片,尤其是(Cu,Zn,Mn,Ni,Fe)-Co-O納米片顯示出對葡萄糖的高靈敏度檢測,最低檢測限為0.6μM,明顯優(yōu)于已報道的非貴重金屬催化劑。
【學位單位】：蘭州大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TB383.1;O643.36
【部分圖文】：

納米材料的制備方法科學研究重點，一維納米材料的制備方法多種多樣，通過不同形貌的一維納米材料。1D 材料的制備方法有液相制備法、化相法等。本論文重點介紹常見的幾種 1D 材料的制備方法，包法和自組裝法。組裝法來，通過自組裝法制備了多種多樣的 1D 納米材料[67,68]。自組在無人為干涉下，納米顆粒等基本結(jié)構(gòu)單元通過氫鍵、表面張作用自發(fā)的組裝成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的一維納米材料的過程。自組裝并單堆砌，而是有規(guī)律的組裝成相互聯(lián)系的整體。以納米顆粒的條件是必須存在驅(qū)動力并且驅(qū)動力較弱，自組裝體系能量較上誘導結(jié)構(gòu)單元自組排列。如圖 1-1 所示，首先制備銀納米晶修飾劑，銀納米晶在無人為干涉下自組裝形成銀納米線[68]。

與其他制備方法相比，自組裝法不需要昂貴的設(shè)備，制備方法簡便快速；與本單元相比，自組裝 1D 材料整體結(jié)構(gòu)有序。自組裝法的不足之處，在于不能備結(jié)構(gòu)非常復雜的納米材料。2.1.2 模板法模板法是一維納米材料常見的一種制備方法，具體是以已有的且形狀容易控的一維納米材料為模板，通過化學或者物理的方法將目標材料生長制得的一維米材料。模板法大致可分為兩類，一種是以聚合物纖維為模板為代表的硬模板[69-71]，其他常見的硬模板還有碳納米管、氧化鋅納米棒等；一種是以表面活性為軟模板為代表的軟模板法，其他軟模板還有生物大分子等。軟模板容易構(gòu)建且形貌具有多樣性，因此方法簡便、操作方便、成本低。但是軟模板沒有固定形貌結(jié)構(gòu)，因此并不能嚴格的控制材料的尺寸和形貌。相比而言，具有固定形的硬模板可以更好的調(diào)控材料形貌。以過渡金屬硫化物硫化鈷的制備為例，如 1-2，以 PAN 為模板，可以成功制備形貌均一連續(xù)的 CoS/C 納米管。首先以N 為硬模板，在 PAN 纖維表面生長上硫化鈷，之后去除模板得到目標材料[71]。

-3 在不同溫度下 (a, 室溫；b, 200 攝氏度；c, 300 攝氏度；d, 450 攝氏度；e, 65度) 煅燒的纖維 TEM 圖片和 (f) 溫度與纖維直徑關(guān)系圖。[75]通過調(diào)節(jié)控制反應條件，可以得到不同形貌的例如實心、空心、管套管納米纖維。通過不同類型的收集裝置，纖維束、無規(guī)則取向纖維膜或者纖維等可以成功制備。利用靜電紡絲技術(shù)制備的不同形貌的納米纖維在材料、過濾及防護、催化、能源、光電、食品工程、化妝品等眾多領(lǐng)域顯優(yōu)于其他材料的應用。首先，利用該技術(shù)制備的納米纖維有著較大的和孔隙率，能夠提高催化劑和底物的接觸概率，因而提高催化效率和傳性。第二，納米纖維可以用于固定小的納米顆粒并且有較高的分散穩(wěn)定米顆粒的團聚而造成催化活性降低，因而在光、電催化領(lǐng)域有著極大應因此靜電紡絲技術(shù)在納米材料制備方面有著極大研究應用價值。2 一維納米材料的應用一維納米材料由于其特殊結(jié)構(gòu)近年來在生物檢測、光催化、水處理、超

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 ;聚合物涂覆硅納米片可望取代石墨稀[J];中國粉體工業(yè);2017年02期

2 郝慧;楊云;;金納米片的制備[J];化工技術(shù)與開發(fā);2018年03期

3 朱景春;;二硫化鉬納米片的制備及其研究進展[J];科學技術(shù)創(chuàng)新;2018年07期

4 李俊怡;梁峰;田亮;張海軍;;類石墨相氮化碳納米片的制備研究進展[J];化學通報;2018年05期

5 趙迪;柯瑞林;鄒雄;毛琳;胡行兵;王金合;;氮化硼納米片制備方法研究進展[J];功能材料;2016年12期

6 張震;于翔;劉飛;;產(chǎn)業(yè)化制備石墨烯納米片研究進展[J];新型工業(yè)化;2017年01期

7 肖林平;劉敏;周麗萍;賴桂珍;黃錦貴;鐘晨晨;;一步法制備單層二硫化鉬納米片[J];廣東化工;2016年12期

8 邢國政;靳利娥;解小玲;張康;曹青;;碳納米片的制備、表征及應用[J];炭素技術(shù);2016年05期

9 鄒潤秋;秦文靜;張強;楊利營;曹煥奇;印壽根;;銀納米片等離子體效應增強有機太陽能電池及其性能優(yōu)化研究[J];發(fā)光學報;2015年07期

10 趙逢煥;;(001)晶面占主導的銳鈦礦TiO_2納米片的制備、表征及光催化性能的研究[J];山東化工;2015年15期

相關(guān)會議論文 前10條

1 韓志成;武祥;;生長在泡沫鎳基底的炸圈狀四氧化三鈷納米片及其較提高的超級電容器性能[A];中國化學會第30屆學術(shù)年會摘要集-第三十分會：化學電源[C];2016年

2 陸迪燦;倪永紅;;多孔磷化鈷納米片的合成及其超電性能[A];中國化學會第30屆學術(shù)年會摘要集-第二十九分會：電化學材料[C];2016年

3 丁書江;;納米片復合材料的設(shè)計、制備和鋰離子存儲性能研究[A];中國化學會第30屆學術(shù)年會摘要集-第三十分會：化學電源[C];2016年

4 張玉倩;張琦;翁麗星;宇文力輝;汪聯(lián)輝;;量子點-二硫化鉬復合納米片用于癌細胞的靶向熒光成像和光熱治療[A];中國化學會第30屆學術(shù)年會摘要集-第三十八分會：納米生物效應與納米藥物化學[C];2016年

5 梅旭安;梁瑞政;衛(wèi)敏;;超薄水滑石納米片作為藥物載體的研究[A];中國化學會第30屆學術(shù)年會摘要集-第三十八分會：納米生物效應與納米藥物化學[C];2016年

6 董寧寧;李源鑫;馮艷艷;張賽鋒;張曉艷;范金太;張龍;王俊;;過渡金屬硫化物二維納米片的光限幅特性及其理論模擬[A];上海市激光學會2015年學術(shù)年會論文集[C];2015年

7 紀穆為;徐萌;劉佳佳;張加濤;;水相腐蝕法制備超薄二維單晶納米片[A];中國化學會第30屆學術(shù)年會摘要集-第五分會：分子與固體化學[C];2016年

8 程裕鑫;吳德峰;姚鑫;丁昆山;周亞楠;;聚乳酸/石墨納米片復合材料的流變行為[A];第十二屆全國流變學學術(shù)會議論文集[C];2014年

9 楊曉華;楊化桂;李春忠;;{001}晶面主導的銳鈦二氧化鈦納米片的熱穩(wěn)定性研究[A];顆粒學最新進展研討會——暨第十屆全國顆粒制備與處理研討會論文集[C];2011年

10 陳小蘭;師賽鴿;黃藝專;陳美;湯少恒;莫世廣;鄭南峰;;不同表面修飾對鈀納米片活體行為的影響[A];中國化學會第29屆學術(shù)年會摘要集——第05分會：無機化學[C];2014年

相關(guān)重要報紙文章 前10條

1 記者 劉霞;科學家利用超薄沸石納米片造出高效催化劑[N];科技日報;2012年

2 本報記者 李波;二維MoS2納米片研究獲突破提振鉬業(yè)股[N];中國證券報;2013年

3 記者 王延斌 通訊員 隗海燕;高靈敏度“電子皮膚”可以量產(chǎn)了[N];科技日報;2017年

4 馮衛(wèi)東;新型透明塑料薄如紙硬如鋼[N];科技日報;2007年

5 本報記者 張思瑋;讓氫來得更高效些吧[N];中國科學報;2019年

6 記者 劉霞;柔性電子材料破碎多次仍可恢復功能[N];科技日報;2016年

7 記者 張曄 通訊員 周偉;又薄又軟的半導體新材料可制微納光電器件[N];科技日報;2019年

8 記者 陳超;“光結(jié)構(gòu)”讓水隨環(huán)境變化自由變色[N];科技日報;2016年

9 記者 李麗 通訊員 梁維源;深圳大學打開癌癥治療新思路[N];深圳特區(qū)報;2018年

10 沈英甲;中國成功研發(fā)全球首類烯合金材料[N];中國有色金屬報;2014年

相關(guān)博士學位論文 前10條

1 俄松峰;氮化硼納米管和納米片的合成及性質(zhì)研究[D];中國科學技術(shù)大學;2019年

2 徐嘉麒;超薄過渡金屬氧族化合物的設(shè)計及其在新能源轉(zhuǎn)化中的應用[D];中國科學技術(shù)大學;2019年

3 牧小衛(wèi);三聚氰胺基共價有機框架/聚合物復合材料的設(shè)計與阻燃性能研究[D];中國科學技術(shù)大學;2019年

4 孫媛;低維錸基硫?qū)倩衔锏碾娮咏Y(jié)構(gòu)調(diào)控及應用研究[D];中國科學技術(shù)大學;2019年

5 溫路路;摻雜的過渡金屬化合物納米材料及其電催化性能研究[D];中國科學技術(shù)大學;2019年

6 吳佳靜;溶液相剝離法制備大尺寸過渡金屬硫?qū)倩衔锛{米片及其相變研究[D];中國科學技術(shù)大學;2019年

7 陳彤;鉍層狀鈣鈦礦氧化物單晶納米片的水熱合成及多鐵性能研究[D];中國科學技術(shù)大學;2019年

8 談浩;二維磁性材料的同步輻射研究[D];中國科學技術(shù)大學;2019年

9 丁二麗;低維度過渡金屬氧化物的制備、表征及其在催化和分析檢測中的應用[D];蘭州大學;2019年

10 張紅偉;層狀過渡金屬化合物的物性研究[D];中國科學技術(shù)大學;2018年

相關(guān)碩士學位論文 前10條

1 魏振巍;二維多孔二氧化鈦納米片的合成及其催化產(chǎn)氫性能研究[D];天津理工大學;2019年

2 陳金蘋;鉬單原子及Al摻雜NiO納米片的制備和電化學性能研究[D];天津理工大學;2019年

3 李元俠;SnS_2/聚合物復合材料的制備及光電性能研究[D];天津理工大學;2019年

4 徐娟娟;鹵氧化鉍及其復合物的制備和光催化性能研究[D];安徽建筑大學;2019年

5 陳江淳;二維鉍單質(zhì)納米片的合成及其性能研究[D];東北電力大學;2019年

6 吳松挺;金屬—有機框架納米片微膠囊及其復合材料的制備與應用[D];華東理工大學;2019年

7 孫艷娟;氮化碳納米分級復合材料制備及構(gòu)效關(guān)系研究[D];武漢工程大學;2018年

8 屈藝譜;二維氮化鋁納米片的第一性原理研究[D];鄭州大學;2019年

9 滕雪剛;TiO_2表面結(jié)構(gòu)調(diào)控及其光解水制氫性能研究[D];安徽工程大學;2019年

10 陶念;過渡金屬鈷酸鹽的制備及其電化學性能研究[D];北京郵電大學;2019年

本文編號：2816619