基于不同纳米材料的DNA检测及硝基苯酚的催化降解研究

发布时间：2017-07-03 01:00

  本文关键词：基于不同纳米材料的DNA检测及硝基苯酚的催化降解研究

  更多相关文章： 局部表面等离子体共振 铜配合物 银离子 半胱氨酸 三螺旋DNA 自组装 催化还原 硝基苯酚

【摘要】：本文首先通过局域表面等离子体共振光散射法,利用纳米金受DNA链的影响而发生的团聚情况对在弱碱性环境中的三螺旋DNA的形成条件进行了探究。通过探究不同浓度的[Cu(DPPZ)(L Ser)]NO_3·H_2O、NaCl和金纳米粒子对金纳米粒子团聚情况的影响,确定了使三螺旋DNA结构达到稳定的最优条件,同时和已报到的对三螺旋DNA结构稳定性有帮助的EB进行了比较。接着,受上述实验结果的影响,结合Ag~+能够显著加强三螺旋DNA结构稳定性,而Cys更加容易和Ag~+结合的前提,提出并设计了一种新型的检测水相中Ag~+和Cys含量的方法。该方法以利用纳米金受DNA链结构的变化的影响会发生团聚情况变化为前提理论,对水相中的Ag~+和Cys含量测定进行了研究,分别确定了两者被检测的最佳测量范围,验证了该方法选择性,并且以卫河水为样品,测定了卫河水中Ag~+和Cys含量。该检测方法的工作原理十分新颖,这种利用三螺旋DNA作为开关去影响LSPR共振光散射强度以达到定量检测Ag~+和Cys的方法对今后对三螺旋DNA的研究也提供了一种新思路。除了Ag~+和Cys,水相中的硝基苯酚也是废水中常见的有机污染物,因为其毒性大、在环境中滞留时间长、难以被生物降解等等缺点,同时被中国和美国环保局(EPA)列入了有限控制污染物名单中,所以本文合成了Cu_2O/RGO复合材料。在合成过程中,Cu_2O纳米颗粒通过自组装形成空心球结构,这样的空心球结构大大提高了其在石墨烯上薄膜上的负载量。通过在过量硼氢化钠存在下催化还原硝基苯酚到氨基苯酚。作为对照,文章在最后合成了CuO/RGO复合材料,利用XRD和SEM图谱对其进行了表征,接着,以2-NP位代表,对所合成的CuO/RGO复合材料的催化降解水相中硝基苯酚的催化性能进行了探究并与Cu_2O/RGO进行了比较。本论文总共分为四部分。一、基于金纳米粒子直径的变化,运用局部表面等离子体光散射的方法研究了多吡啶铜配合物[Cu(DPPZ)(L Ser)]NO_3·H_2O对三螺旋DNA结构的稳定作用。在弱碱性水相中,[Cu(DPPZ)(L Ser)]NO_3·H_2O作为嵌入剂对三螺旋DNA的结构起到了稳定作用,通过[Cu(DPPZ)(L Ser)]NO_3·H_2O的加入,共振光散射信号明显加强,这是因为由于铜配合物的加入,单链DNA与双链DNA结合更稳定,被单链DNA保护的金纳米粒子失去保护,在加入氯化钠后聚合到了一起。扫描电子显微镜和透射电镜也证明了金纳米粒子粒径的变化。同时,作为比较,溴化乙锭也作为嵌入剂被研究了其对三螺旋DNA结构的稳定作用,结果表明,[Cu(DPPZ)(L Ser)]NO_3·H_2O对三螺旋DNA的稳定效果明显更好。二、基于金纳米粒子直径的变化,运用局部表面等离子体光散射的方法建立了一种高效检测水相中银离子和半胱氨酸的检测方法。含有CG.C~+基的三螺旋DNA在加入适量的阴离子后其稳定性明显增强,然而银离子更倾向于与半胱氨酸结合,这使得三螺旋DNA结构稳定性再次降低,这种三螺旋DNA结构稳定性的变化可以通过金纳米粒子粒径变化来反应。实验证明,在最优条件下,该检测方法对银离子和半胱氨酸的检测灵敏度都很高。同时,这项工作的研究对探究金属离子对碱性条件下三螺旋DNA的结合机理也有一定帮助。三、通过化学还原法在水相中合成了负载于还原氧化石墨烯上的自组装氧化亚铜纳米粒子。场发射扫描电镜和透射电镜证明了合成的样品呈现一种自组装的空心球结构,并且,这种空心球结构的氧化亚铜在水中会被分解成直径约3nm的纳米片状结构,而这种结构可以提高催化剂的有效比表面积。该催化剂的催化性能通过在过量的硼氢化钠条件下催化降解硝基物为氨基物进行了探究,该催化反应的动力学被证明遵循伪一级动力学方程。实验证明,催化降解硝基物的速度依次为:2-硝基苯酚4-硝基苯酚3-硝基苯酚,他们的活化能依次为50.17 kJ·mol~(-1),63.86 kJ·mol~(-1)和79.92 kJ·mol~(-1)。另外,该Cu_2O/RGO复合物的重复利用性能也在本文中被探究,结果证明,在几乎不变的强催化性能下,该复合物催化剂可以被高效重复利用多次。四、为了同上述氧化亚铜纳米粒子催化性能作比较,用同样的方法合成了负载于还原氧化石墨烯上的氧化铜纳米粒子。场发射扫描电镜和透射电镜证明了样品呈现一种实心球结构。该催化剂的催化性能通过在过量的硼氢化钠条件下催化降解硝基物为氨基物进行了探究,该催化反应的动力学被证明遵循伪一级动力学方程。实验结果证明,Cu_2O/RGO呈现出了更强的催化活性,当温度为293K时,Cu_2O/RGO的催化活性是CuO/RGO催化活性的23.8倍。
【关键词】：局部表面等离子体共振 铜配合物 银离子 半胱氨酸 三螺旋DNA 自组装 催化还原 硝基苯酚
【学位授予单位】：河南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703;O657.3
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 DNA生物传感器11-12
• 1.2 金纳米粒子在DNA生物传感器中的应用12-14
• 1.3 本文拟开展的相关工作14-15
• 1.4 硝基酚废水的危害15-16
• 1.5 含硝基酚类废水的处理方法16-18
• 1.5.1 吸附法16-17
• 1.5.2 溶剂萃取法17
• 1.5.3 化学法17-18
• 1.5.4 膜分离技术法18
• 1.5.5 高级氧化技术电解法18
• 1.6 论文主题及主要研究工作18-21
• 第二章 [Cu(DPPZ)(L-Ser)]NO_3·H_2O与三螺旋DNA相互作用研究21-33
• 2.1 引言21-22
• 2.2 实验22-23
• 2.2.1 实验仪器与试剂22-23
• 2.2.2 三螺旋DNA的表面等离子体共振光散射强度跟踪23
• 2.3 结果与讨论23-32
• 2.3.1 光谱表征23-27
• 2.3.2 条件优化27-29
• 2.3.3 铜配合物[Cu(DPPZ)(L-Ser)]NO_3·H_2O能够嵌入三螺旋DNA的容量确定29-32
• 2.4 结论32-33
• 第三章 银离子及半胱氨酸对三螺旋DNA的相互作用研究及对银离子和半胱氨酸的定量检测33-45
• 3.1 引言33-34
• 3.2 实验部分34-35
• 3.2.1 仪器和试剂34
• 3.2.2 银离子（Ag~+）的检测34-35
• 3.2.3 半胱氨酸（Cys）的检测35
• 3.3 结果与讨论35-41
• 3.3.1 Ag~+和Cys检测的可行性研究35-40
• 3.3.2 条件优化40-41
• 3.4 方法的选择性41-44
• 3.5 结论44-45
• 第四章 负载于氧化石墨烯上氧化亚铜的合成及其催化性能研究45-57
• 4.1 引言45-46
• 4.2 实验仪器和试剂46-47
• 4.2.1 还原氧化石墨烯(RGO)的制备46
• 4.2.2 Cu_2O/RGO复合材料的制备46-47
• 4.2.3 Cu_2O/RGO复合材料的表征47
• 4.2.4 硝基苯酚催化还原47
• 4.3 结果与讨论47-56
• 4.3.1 Cu_2O/RGO复合材料的表征47-51
• 4.3.2 Cu_2O/RGO复合材料催化性能的研究51-56
• 4.4 结论56-57
• 第五章 负载于氧化石墨烯上的氧化铜的合成及其催化性能研究57-63
• 5.1 引言57-58
• 5.2 实验仪器和试剂58-59
• 5.2.1 还原氧化石墨烯(RGO)的制备58
• 5.2.2 CuO/RGO复合材料的制备58
• 5.2.3 CuO/RGO复合材料的表征58
• 5.2.4 硝基苯酚催化还原58-59
• 5.3 结果与讨论59-62
• 5.3.1 CuO/RGO复合材料的表征59-60
• 5.3.2 CuO/RGO复合材料催化性能的研究60-62
• 5.4 结论62-63
• 结论与展望63-65
• 参考文献65-74
• 攻读学位期间发表的学术论文目录74-75
• 致谢75-76

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本文编号：511810