稀土MOF功能纳米粒子的制备及其传感、催化应用

发布时间：2017-09-01 19:47

  本文关键词：稀土MOF功能纳米粒子的制备及其传感、催化应用

  更多相关文章： 稀土MOF纳米粒子 荧光分析 能量转移 分子内电荷转移 光诱导电子转移 MOF催化

【摘要】：金属有机框架(MOF)作为一种有机无机杂化材料,由于其丰富的空间结构和光、电、磁性质,在气体储存和分离、异相催化、化学传感、发光材料和纳米医药等方面显示出广泛的应用前景。近年来,设计合成MOF的功能材料已成为研究的热点。稀土离子具有独特的荧光性能,长的荧光寿命允许利用时间分辨荧光技术消除生物样品、仪器及其它非特异性荧光的干扰,获得超高的信噪比。但是,稀土离子摩尔吸光系数低,自身的荧光非常微弱,常需要天线配体增强发光。本论文利用MOF灵活多变的组成和结构,以铽离子为中心离子设计合成了三种新型的稀土MOF功能纳米粒子,作为荧光传感器、清除剂、催化剂,建立了它们在水溶液中的荧光分析法。主要研究内容如下：(1)NO2-在生物体的氮循环和环境的氮循环中扮演着十分重要的角色；N02-可能的致癌性也是一种关系到人类安全和健康的物质。我们利用MOF结构平台,设计合成了一种能选择性测定N02-并能发光指示NO2-清除程度的MOF纳米粒子-U-Tb-OBBA。U-Tb-OBBA以Tb3+为发光离子,二羧酸二苯醚(OBBA)为天线分子,5-氟尿嘧啶(U)为辅助配体,通过溶剂热法制备。U-Tb-OBBA能特异性发光测定和清除溶液中的N02-,对饮用水和人体尿液中的N02-最低检测浓度分别达到300 nM和800 nM,对水溶液中NO2-的清除率达4.44 mg／每克纳米粒子,满足饮用水中N02-的清除。我们对U-Tb-OBBA特异性与NO2-作用的机理作了研究。这是第一例设计合成的具有荧光指示功能的纳米粒子清除剂。(2)传统的pH测量法(如指示剂法和玻璃电极法)并不适合生物体内pH的测量。荧光分子探针可应用于生物体内pH的测量,但是报道的绝大数荧光探针只适合于弱酸或弱碱范围内pH值的测量,能测定强酸性pH值的传感器几乎没有报道。我们利用MOF结构平台,设计合成了一种强酸性环境中测量pH值的传感器—稀土MOF纳米粒子DMF-Tb-Phen, DMF-Tb-Phen以Tb3+为发光离子,二甲基甲酰胺(DMF)和邻菲罗啉(Phen)为功能配体,通过溶剂热法合成。利用分子内电荷转移效应(ICT)和光诱导电子转移效应(PET), DMF-Tb-Phen纳米粒子能线性响应强酸性pH 1.0-3.5范围内H+浓度变化,具有良好的测定特异性和稳定性。我们利用DMF-Tb-Phen纳米粒子成功测定了人体胃液的pH值。所制备的DMF-Tb-Phen纳米粒子在溶酶体、嗜酸细胞和胃液等pH测定方面具有良好的应用前景。(3)H202几乎是所有氧化酶的催化产物,对H202的测定可以实现对像葡萄糖、胆固醇、尿酸等多种生物分子的间接测定,因此,H2O2的测定在食品安全、环境保护、生物医学和疾病诊断等多个方面具有重要意义。利用MOF结构平台,我们设计合成了一种能催化测定H202的MOF发光催化剂——稀土MOF纳米粒子PA-Tb-Cu。该MOF纳米粒子以间苯二甲酸(PA)、Tb3+离子和Cu2+离子为原料,通过溶剂热法合成。对抗坏血酸和H2O2之间的反应具有显著的催化作用,催化效率是常用催化剂Cu2+的16倍左右,在催化的同时,能发光指示反应的程度,测定H202的含量。在PA-Tb-Cu的催化作用下,H202的测定检测限达到0.2μM。因为利用了Tb3+的发光,该MOF催化纳米粒子特别适合有背景荧光的样品和各种生物样品的测定。这是第一例设计合成的具有发光指示功能的催化剂。我们对发光催化的机理作了研究。
【关键词】：稀土MOF纳米粒子 荧光分析 能量转移 分子内电荷转移 光诱导电子转移 MOF催化
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1;R318
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 绪论13-43
• 1.1 稀土荧光探针概述13-21
• 1.1.1 稀土离子及稀土配合物的发光13-15
• 1.1.2 稀土荧光探针的应用15-21
• 1.2 稀土金属有机框架概述21-33
• 1.2.1 金属有机框架(MOF)21-26
• 1.2.2 稀土发光金属有机框架MOF26-29
• 1.2.3 稀土发光金属有机框架MOF的应用29-33
• 1.3 本论文的研究内容33-34
• 参考文献34-43
• 第二章 核苷酸-Tb~(3+)MOF纳米粒子荧光传感和清除NO_2~-43-66
• 2.1 引言43-45
• 2.2 实验部分45-48
• 2.2.1 试剂与溶液45
• 2.2.2 仪器与测定方法45-46
• 2.2.3 核苷酸-Tb(3+)MOF纳米粒子U-Tb-OBBA的制备46
• 2.2.4 U-Tb-OBBA对水溶液中NO_2~-的荧光响应46
• 2.2.5 U-Tb-OBBA检测水溶液中NO_2~-的选择性46-47
• 2.2.6 饮用水中NO_2~-的测定47
• 2.2.7 人尿液中NO_2~-的测定47
• 2.2.8 溶液中NO_2~-的清除47-48
• 2.3 结果与讨论48-61
• 2.3.1 核苷酸-Tb~(3+)MOF纳米粒子U-Tb-OBBA的表征48-49
• 2.3.2 U-Tb-OBBA对水溶液中NO_2~-的荧光响应49-54
• 2.3.3 U-Tb-OBBA响应水溶液中NO_2~-的选择性54-56
• 2.3.4 水溶液中NO_2~-的清除率56-61
• 2.4 结论61-62
• 参考文献62-66
• 第三章 DMF-Tb-Phen MOF纳米粒子荧光传感强酸性pH值66-89
• 3.1 引言66-67
• 3.2 实验部分67-70
• 3.2.1 试剂与溶液67
• 3.2.2 仪器与测定方法67-68
• 3.2.3 DMF-Tb-Phen MOF纳米粒子的制备68
• 3.2.4 DMF-Tb-Phen对PBS缓冲液中H~+的荧光响应68-69
• 3.2.5 DMF-Tb-Phen测定水溶液中H~+的选择性69
• 3.2.6 DMF-Tb-Phen测定水溶液中H~+的可逆性69
• 3.2.7 胃液中H~+的测定69-70
• 3.3 结果与讨论70-85
• 3.3.1 DMF-Tb-Phen MOF纳米粒子的结构分析70-72
• 3.3.2 DMF-Tb-Phen MOF纳米粒子对水溶液中H~+的荧光响应72-77
• 3.3.3 DMF-Tb-Phen MOF纳米粒子测定水溶液中H~+的选择性77-78
• 3.3.4 DMF-Tb-Phen MOF纳米粒子对水溶液中H~+产生响应的机理78-84
• 3.3.5 人体胃液pH值的测定84-85
• 3.4 结论85-86
• 参考文献86-89
• 第四章 Tb~(3+)-Cu~(2+)MOF纳米粒子作为发光催化剂催化测定H_2O_289-109
• 4.1 引言89-90
• 4.2 实验部分90-93
• 4.2.1 试剂与溶液配制90-91
• 4.2.2 仪器与测定方法91
• 4.2.3 PA-Tb-Cu MOF纳米粒子的制备91-92
• 4.2.4 PA-Tb-Cu MOF纳米粒子对AA和H_2O_2反应的催化活性92
• 4.2.5 PA-Tb-Cu MOF纳米粒子催化测定水溶液中H_2O_292
• 4.2.6 PA-Tb-Cu MOF纳米粒子催化测定H_2O_2的选择性92-93
• 4.2.7 PA-Tb-Cu MOF纳米粒子催化测定牛奶中H_2O_293
• 4.3 结果与讨论93-105
• 4.3.1 PA-Tb-Cu MOF纳米粒子的表征93-95
• 4.3.2 PA-Tb-Cu MOF纳米粒子对AA和H_2O_2反应的催化作用95-100
• 4.3.3 PA-Tb-Cu MOF纳米粒子催化测定水溶液中H_2O_2的灵敏度和选择性100-101
• 4.3.4 PA-Tb-Cu MOF纳米粒子催化AA和H_2O_2反应的机理101-104
• 4.3.5 牛奶中H_2O_2的测定104-105
• 4.4 结论105
• 参考文献105-109
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文和申请的专利109-110
• 致谢110

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 王宇;柏劲松;刘坤;钟敏;张恒第;李平;;MOF界面重构方法在超高速运动中的应用[J];应用力学学报;2014年02期

2 ;[J];;年期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 关永新;;肺心病急性加重期并MOF预后分析[A];中华医学会第七次全国内科学术会议论文汇编[C];1995年

2 林应光;陈娟;;妊娠死胎伴糖尿病酮症酸中毒致MOF[A];华东地区第二次急诊医学学术研讨会论文摘要汇编[C];1993年

3 潘天白;颜宝华;;38例脑卒中序贯多脏器功能衰竭(MOF)临床分析[A];华东地区第二次急诊医学学术研讨会论文摘要汇编[C];1993年

4 乔彬彬;葛苗;张丙广;邓克俭;;罗丹明6G后修饰的MOF材料对水溶液中Hg~(2+)的传感[A];中国化学会第28届学术年会第8分会场摘要集[C];2012年

5 干建新;施小燕;;创伤后MOF患者外周血PMNs的意义[A];中华医学会急诊医学学会第六次全国急诊医学学术会议论文汇编[C];1996年

6 潘慧;郑广水;王俊丽;安冰;柏鑓;;一个三维Ni(Ⅱ)-MOF的合成、结构和荧光性质研究[A];2012年中西部地区无机化学化工学术研讨会论文集[C];2012年

7 陈磊;苏忠民;;基于柔性三羧酸和含氮配体构筑的新颖MOF结构:合成、结构与荧光研究[A];中国化学会第五届全国多酸化学学术研讨会论文摘要集[C];2013年

8 韩磊;许兰平;秦兰;;手性氨基酸衍生物配体的设计及其MOF材料的合成[A];中国化学会第28届学术年会第8分会场摘要集[C];2012年

9 李丽丽;张金雪;赵冰冰;李路辉;杨光;;银三氮唑-MOF对六价铬吸附的研究[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第13分会：晶体工程[C];2014年

10 李晓湘;王敬菊;;白血病合并MOF诊断与抢救体会[A];中华医学会全国第五次急诊医学学术会议论文集[C];1994年

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 颜健;两种MOF/氧化石墨复合材料的制备及其水蒸汽、乙醇吸附性能[D];华南理工大学;2016年

2 刘宁;卵巢癌潜在的诊断标志物：人类组蛋白乙酰转移酶MOF[D];吉林大学;2013年

3 郝向荣;基于刚性配体和模板效应构筑的MOF孔道材料[D];东北师范大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 陈芳;新型纳米尺寸稀土MOF的设计合成及性质研究[D];湖南师范大学;2015年

2 王强;缺电子C_3对称结构的星型化合物构筑MOF体系的研究[D];东华大学;2016年

3 莫贞彪;管式炭膜支撑的MOF的制备与表征[D];天津工业大学;2016年

4 魏丽红;采用第一性原理研究MOF改性对电子结构和吸附性能的影响[D];辽宁大学;2016年

5 戚泽万;稀土MOF功能纳米粒子的制备及其传感、催化应用[D];东南大学;2016年

6 李兵;基于MOF的两级建模工具的研究与实现[D];吉林大学;2005年

7 杨永波;基于UML和MOF的建模工具的研究与实现[D];吉林大学;2006年

8 屈华;2-氨基对苯二甲酸和噻吩二羧酸构筑的金属—有机框架（MOF）的结构与性质研究[D];华中师范大学;2012年

9 陈岩;粒子间孔隙主导的介孔MOF制备与表征[D];辽宁师范大学;2014年

10 包维斋;金属有机框架（MOF）制备、改性及其在锂硫电池中的应用[D];中南大学;2014年

，

本文编号：774087