铂基纳米合金的结构、催化性能及其在辐射防护的应用

发布时间：2020-05-08 00:19

【摘要】：进入二十一世纪,核技术得到快速发展并逐步应用到涉及人类日常生活的各行各业。然而,我们也必须意识到电离辐射可能给我们身体带来的危害。生物体内大量存在的H_2O分子和O原子在受到高能电离辐射后,会裂解产生大量的活性氧(Reactive oxygen species,ROS),包括氧自由基(O_2~-)、羟基自由基(·OH)、过氧化氢(H_2O_2)等从而导致整个生物体受到严重氧化损伤。实际上,活性氧作为氧还原反应的中间产物,可以被高效的催化材料催化还原为H_2O而被清除,使机体功能得到恢复。随着纳米技术的发展,由于纳米材料催化性能良好,能有效催化还原ROS,同时纳米颗粒尺寸和表面化学性质易调控能有效延长血液半衰期,增强组织内摄取,因而在生物医学领域得到广泛应用。经综合分析,本论文就超小Pt团簇的辐射防护作用展开研究,并进行了一系列体内外辐射防护实验,主要实验内容和结果为:(1)本论文采用多种合成方法成功制备出具有多种表面形貌的铂基纳米粒子。首先通过液相还原法制备出超小Pt团簇,然后通过溶剂热合成法成功制备出铂基纳米晶材料包括纯Pt纳米晶、PtPd中空纳米立方体和PtPdRh中空纳米立方体,最后成功制备出PtPd合金凹面纳米立方体。本论文利用透射电子显微镜、紫外-可见(UV-Vis)吸收、X射线衍射等一系列物理表征手段分析铂基纳米粒子的尺寸、表面形貌等物理特性;利用电化学测试和ABTS测试研究铂基纳米粒子催化还原H_2O_2的能力。研究表明就本论文所研究的铂基纳米材料PtPdRh中空纳米立方体催化性能最好,尺寸也相对较小;超小Pt团簇尺寸很小、稳定性强、水溶性好。(2)研究了超小Pt团簇的体外辐射防护效果。通过细胞存活率、辐射导致的活性氧(ROS)水平以及核DNA损伤程度等生物指标的变化来检测超小Pt团簇的辐射防护性能。体外细胞实验结果显示超小Pt团簇具有低细胞毒性和良好的辐射防护性能。(3)研究了超小Pt团簇的体内辐射防护效果。通过小鼠30天存活率实验证明超小Pt团簇可以有效提高辐照后小鼠的存活率至30%。通过辐照前后小鼠体内超氧化物歧化酶(SOD),丙二醛(MDA)水平的收集分析发现超小Pt团簇可显著降低ROS水平,有效地提高SOD活性水平,明显降低MDA水平。通过股骨有核(BMNC)和DNA数量的评定证明了超小Pt团簇可以有效保护并修复造血系统。(4)系统研究了超小Pt团簇的毒性,通过累积尿排泄、血药浓度、生化血常规等分析发现给药剂量的80%可通过肾脏排出,表现出很高的肾清除率,有较长的血液半衰期(1 h),同时对血液系统及各个脏器无明显影响,表明超小Pt团簇具有生物低毒性。
【图文】：

第 1 章 绪论催化活性和稳定性的单原子 Pt 催化剂，且其催化活性为传统纳米催化剂的 2-3倍[51]。然而，随着纳米粒子尺寸的减小在提高比表面积的同时会使粒子的表面自由能升高，而表面自由能的升高则会迫使粒子形成高度对称性的球状结构，减少了边角颗粒的数量也就减少了催化活性位点，从而降低了催化剂活性。所以，在减小纳米催化材料尺寸的同时生成具有特定表面形貌的纳米粒子是控制合成高效催化剂的关键。

明八面体纳米晶粒、截角八面体纳米晶粒和立方体纳米的催化活性依次减面体纳米晶粒的表面原子数和边角缺陷位数最大，其次是截角八面体和立实验结果与上述结论吻合。孙世刚教授课题组[58-61]在高晶面纳米晶的合成了大量研究，并于 2007 年首次成功制备出由 {730}、{520} 等高指数晶而成的具有高表面能的二十四面体纳米催化剂[58]。实验表明该纳米材料电性很高、化学和热稳定性强，循环伏安法测得的其对乙醇、甲酸氧化的电为商业铂黑 3 倍左右。且需要注意的是不同的金属催化剂在不同的催化反应中的催化效率不同说金属纳米颗粒不同晶面的催化具有选择性。例如，早在 1981 年 Somorja组[62]就发现，在芳香化反应中，，Pt (111) 晶面的催化活性是 Pt (100) 晶面8 倍。Markovic 研究团队[63-67]就 Pt 基础单晶面对氧还原的电催化活性做了究，结果显示 Pt (110) 晶面的催化活性明显优于 Pt (100) 晶面和 Pt (111Feliu 小组[68]研究结果表明，针对硫酸或高氯酸介质中氧化还原反应 (ORR活性，Pt (011) 晶带轴上的一系列晶面中 Pt (110) 晶面的催化活性最好。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O643.36;TB383.1;TG146.33

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本文编号：2653789