基于墨鱼骨有机质的纳米复合材料的制备及应用研究

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纳米材料因其独特的化学、物理、光学和电学性质以及在催化、生物医学和光电器件等领域的广泛应用,吸引了人们越来越多的关注。目前,发展环境友好的纳米材料制备方法已成为纳米科技领域重要的分支。利用来源于生物体的物质制备纳米材料不仅可以减少化学试剂的消耗,而且天然材料复杂、精细有序的结构还为材料的制备提供了丰富多样的模板。本论文研究了一种来源于生物体的材料——墨鱼骨,系统阐述了墨鱼骨及其有机质的结构,并利用墨鱼骨有机质制备了金和银纳米复合材料,探讨了这些复合材料在催化、表面增强拉曼、抗氧化能力测定领域的应用。 本论文具体开展了如下工作: 一、首次系统表征了墨鱼骨及其有机质的结构。发现墨鱼骨房架部分具有独特的多层房室结构,可使其以最小的重量有效地抵抗外来静压力,并便于控制海水的进出,调节墨鱼的密度;墨鱼骨的脊背部分为多层复合结构,具有很高的抗弯曲强度。墨鱼骨房架部分去除无机质后制备得到的墨鱼骨有机质保留着墨鱼骨的房室结构。墨鱼骨有机质和无机质之间在纳米尺度相互嵌合。 二、将墨鱼骨有机质与氯金酸直接反应制备了纳米金-墨鱼骨有机质复合物,并研究了该复合物对硼氢化钠还原4-硝基苯酚反应的催化性质。在制备过程中,有机质同时起还原剂、稳定剂和载体的作用;氯金酸浓度、有机质处理过程不仅影响复合物中纳米金的形态,而且影响产物的催化活性;在重复使用过程中,复合物样品可以很方便地从液相反应体系中分离,并且使用八次后仍具有较好的催化活性。 三、以墨鱼骨有机质为还原剂、稳定剂和载体,制备了纳米银-墨鱼骨有机质复合物,探讨了该复合物对硼氢化钠还原4-硝基苯酚反应的催化性质。研究表明,复合物中银纳米颗粒为球形,反应时间以及有机质的处理过程均影响银纳米颗粒的尺寸以及催化活性。与纳米金-墨鱼骨有机质复合物相似,相同的负载量下,去除蛋白的有机质制得的复合物表现出更好的催化活性,这可能源于有机质网络结构的改变导致了扩散条件的改变和纳米颗粒表面能的变化。 四、研究了纳米银-墨鱼骨有机质复合物制备过程中,硝酸银和氨水浓度对反应速率的影响,并利用Avrami方程分析了该过程中银纳米颗粒的成核和生长模式。另外,对复合物在表面增强拉曼方面的应用进行了探索。结果表明,银纳米颗粒形成过程中氨水是必需的,氨水和硝酸银的浓度同时影响反应速率;复合物中的银纳米颗粒经历了二维无热成核、扩散控制生长过程。纳米银-墨鱼骨有机质复合物作为表面增强拉曼活性基底,在罗丹明6G的痕量检测中表现出较好的增强效果。 五、利用纳米银-墨鱼骨有机质复合物可以被过氧化氢氧化褪色的原理,首次提出一种基于纳米银-墨鱼骨有机质复合物的抗氧化能力测定方法。研究显示纳米银-墨鱼骨有机质复合物适用于水溶性、脂溶性抗氧化剂以及浑浊和有色抗氧化剂的抗氧化物能力测定,并且该复合物有望用于可视化筛选抗氧化物质。
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