载银纳米粒子温度响应性杂化纳米纤维膜的研究

发布时间：2017-05-28 18:05

  本文关键词：载银纳米粒子温度响应性杂化纳米纤维膜的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：粒径小于10 nm的银纳米粒子(AgNPs)同时具有催化活性和表面增强拉曼散射(SERS)效应等特性,因此在催化剂和SERS基底等方面具有良好的应用前景。然而粒径很小的AgNPs由于表面能非常高,存在易团聚和易被氧化的问题,解决这一问题的有效方法是将它负载在特定的载体中。如果将Ag NPs负载在智能水凝胶载体中,不仅能避免它们发生团聚和被氧化,而且可通过外界刺激来调节它们的性能。过去用于负载Ag NPs的智能水凝胶载体主要有智能块状水凝胶和智能微凝胶,前者存在对外界刺激响应速度慢的问题,后者通常以胶体粒子的形式分散在水中,存在胶体稳定性差和难以回收利用等问题。为此本文选用具有快速温度响应性和宏观机械强度的纳米纤维膜作为AgNPs的载体,通过静电纺丝法并结合后处理工艺制得的温度响应性杂化纳米纤维膜可用作能方便回收利用的智能催化剂和无需支撑的智能SERS基底,用该膜还可通过SERS光谱来监测催化反应的中间产物,由此推测反应机理。本文的具体研究工作及取得的研究结果主要有以下三个方面:(1)首先采用自由基溶液聚合法合成了由N-异丙基丙烯酰胺和N-羟甲基丙烯酰胺共聚形成的具有温度响应性的聚合物PNN,然后在不使用还原剂和表面活性剂等小分子化合物的情况下,通过紫外光原位还原PNN水溶液中溶解的AgNO3,制得含AgNPs的纺丝液。最后采用静电纺丝技术并结合热处理工艺制备了载agnps的杂化纳米纤维膜(agnps/pnn膜)。电子显微分析结果表明,agnps/pnn膜由无规排列的、粗细均匀的纳米纤维组成,其平均直径随着配制纺丝液的agno3用量的增加从525nm下降到421nm。粒径约4nm的agnps均匀地分布在纳米纤维中,其大小与agno3用量关系不大。浸泡在水中的agnps/pnn膜在400rpm速度下震荡2小时,质量损失小于2%,表明它在水介质中有良好的稳定性。当水介质温度从25℃升高到50℃,agnps/pnn膜的面积收缩率为约50%,相转变温度在38℃左右;如果将该膜循环浸泡于25℃和50℃水介质中,其响应温度变化达到溶胀平衡或消溶胀平衡的时间小于15s,说明agnps/pnn膜不仅具有显著的温度响应性,而且响应温度变化的速度非常快。(2)制得的agnps/pnn膜对4-硝基硫酚与nabh4之间发生的氧化还原反应具有催化活性,其中agnps含量越高,膜的催化活性越强。该膜的催化活性与反应温度之间有明显的依赖关系,当反应温度升高引起膜发生相转变时,其催化活性发生下降,因此通过调节温度可达到控制反应速率的目的。另外,agnps/pnn膜作为催化剂具有良好的稳定性和可回收利用性。(3)制得的agnps/pnn膜可用作无支撑的sers基底,其sers活性随着膜中负载的agnps含量的增加而提高。用该膜作为sers基底检测水溶液中微量的4-硝基硫酚,检出限小于10-12m,且检测结果具有良好的重复性。agnps/pnn膜的sers活性具有明显的温度依赖性,在35~40℃温度范围内,其sers活性随着温度上升而显著增加,因此可通过升高温度来提高检测灵敏度。另外,用该膜作为SERS基底,可监测到4-硝基硫酚与NaBH4发生氧化还原反应的中间产物4,4’-二巯基偶氮苯,由此推断出该反应的机理,且发现中间产物的生成速度决定着整个反应的快慢。
【关键词】：智能杂化纳米纤维膜 银纳米粒子 温度响应性 催化活性 表面增强拉曼散射 基底 静电纺丝 原位监控反应
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1;TQ340.64
【目录】：

• 摘要6-9
• abstract9-14
• 第一章 绪论14-30
• 1.1 前言14-15
• 1.2 静电纺丝法15-17
• 1.2.1 静电纺丝法的发展概况15
• 1.2.2 静电纺丝装置与原理15-16
• 1.2.3 影响静电纺丝的主要因素16-17
• 1.3 智能纳米纤维膜的研究进展17-26
• 1.3.1 pH响应性纳米纤维膜17-18
• 1.3.2 温度响应性纳米纤维膜18-20
• 1.3.3 磁场响应性纳米纤维膜20-22
• 1.3.4 光响应性纳米纤维膜22-23
• 1.3.5 化学物质响应性纳米纤维膜23-26
• 1.4 载银纳米粒子杂化纳米纤维膜的制备与应用26-28
• 1.4.1 制备方法26-27
• 1.4.2 应用前景27-28
• 1.5 本文研究内容及其研究意义28-30
• 第二章 载银纳米粒子温度响应性杂化纳米纤维膜的制备与表征30-45
• 2.1 引言30-31
• 2.2 实验部分31-33
• 2.2.1 药品与试剂31
• 2.2.2 PNN共聚物的合成与纯化31
• 2.2.3 含AgNPs纺丝液的配制31
• 2.2.4 静电纺丝法制备载银纳米粒子温度响应性杂化纳米纤维膜31-32
• 2.2.5 结构表征与性能测试方法32-33
• 2.3 结果与讨论33-43
• 2.3.1 成纤聚合物PNN的结构与组成33-34
• 2.3.2 紫外可见光谱法跟踪纺丝液中AgNPs的生成34-35
• 2.3.3 AgNPs/PNN杂化纳米纤维膜的表征35-39
• 2.3.4 AgNPs/PNN杂化纳米纤维膜的稳定性39-41
• 2.3.5 AgNPs/PNN杂化纳米纤维膜的温度响应性41-43
• 2.4 本章小结43-45
• 第三章 载银纳米粒子温度响应性杂化纳米纤维膜用作催化剂的研究45-57
• 3.1 引言45-46
• 3.2 实验部分46
• 3.2.1 药品与试剂46
• 3.2.2 表观反应速率常数kapp的测定方法46
• 3.3 结果与讨论46-55
• 3.3.1 AgNPs/PNN杂化纳米纤维膜的催化活性与AgNPs含量之间的关系46-50
• 3.3.2 AgNPs/PNN杂化纳米纤维膜的催化活性与温度之间的关系50-52
• 3.3.3 AgNPs/PNN杂化纳米纤维膜作为催化剂的可回收利用性52-55
• 3.4 本章小结55-57
• 第四章 载银纳米粒子温度响应性杂化纳米纤维膜用作SERS基底的研究57-69
• 4.1 引言57-58
• 4.2 实验部分58-59
• 4.2.1 药品与试剂58
• 4.2.2 SERS光谱测试方法58-59
• 4.2.3 用杂化纳米纤维膜作为SERS基底跟踪催化反应过程59
• 4.3 结果与讨论59-68
• 4.3.1 激发光波长的选择59-60
• 4.3.2 AgNPs/PNN杂化纳米纤维膜的SERS活性与AgNPs含量之间的关系60-61
• 4.3.3 AgNPs/PNN杂化纳米纤维膜作为SERS基底的检测灵敏度和线性范围61-62
• 4.3.4 AgNPs/PNN杂化纳米纤维膜作为SERS基底的检测结果重复性62-64
• 4.3.5 AgNPs/PNN杂化纳米纤维膜的SERS活性与温度之间的关系64-65
• 4.3.6 用AgNPs/PNN杂化纳米纤维膜作为SERS基底研究催化反应机理65-67
• 4.3.7 SERS光谱法测定催化反应的kapp67-68
• 4.4 本章小结68-69
• 第五章 全文总结69-70
• 参考文献70-78
• 攻读学位期间的申请的专利和发表的论文78-79
• 致谢79

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