基于微流控芯片制备(AuNR@Ag)-PANI Janus纳米粒子及其用作SERS基底检测Hg2+

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聚苯胺(Polyaniline,PANI)作为一种导电聚合物,不仅具有在空气中稳定性好、导电率优良的特点,而且还具有独特的电化学性质和化学传感性能。将PANI与无机物纳米粒子进行复合是改善和提高其物理、化学性能常用的方法,特别是将贵金属与PANI复合。相对于纯的PANI而言,贵金属与PANI的复合物在化学传感、电催化等方面的活性均有明显提高。在本论文中,我们通过微流控液滴技术制备了单分散性好、形貌均一的(AuNR@Ag)-PANI Janus纳米粒子,并以其为表面增强拉曼(Surface-Enhanced Raman Scattering,SERS)活性基底,实现了汞离子的快速灵敏检测。第一章,概述了 Janus粒子的制备方法和Janus粒子在传感分析方面的应用;综述了贵金属-聚苯胺纳米复合粒子的制备方法及其在电化学和传感器方面的应用;介绍了微流控技术的概念以及微流控液滴平台制备纳米粒子的优势;提出了本论文的工作目的及设计思想。第二章,基于微流控液滴制备了 AuNRs和(AuNR@Ag)-PANI Janus纳米粒子,并对产物进行了表征。首先在微流控液滴中实现了种子生长法制备AuNRs,并考察了三相流速对AuNRs长径比的影响,证明通过调节流速可改变产物长径比。在此基础上,使用相同的微流控芯片,在微流控液滴中以金纳米棒为前驱体,由于微环境中混合效率高,Ag+可在金纳米棒表面快速还原为单质Ag,同时诱导苯胺单体氧化聚合,在金纳米棒的一侧氧化聚合形成聚苯胺,得到(AuNR@Ag)-PANIJanus纳米粒子。反应时间由常规反应的24h缩短到6h,而且避免了常规体系的批次差异,产物粒子分布均匀,粒径均一,具有特殊的不对称形貌。第三章,考察了(AuNR@Ag)-PANI纳米粒子的拉曼光谱,在金、银纳米结构电磁耦合作用下,聚苯胺的拉曼特征峰信号得到增强。基于粒子中的PANI拉曼信号强度与一定范围内的Hg2+浓度呈正相关,建立了一种快速灵敏的Hg2+检测方法。该方法具有良好的选择性和灵敏度,线性范围为1.0×10-9-1.5×10-7mol L-1,检出限为9.7×10-10 mol L-1,此浓度低于美国环保局所限定的饮用水中的汞离子的浓度(10-8 mol L-1)。利用该SERS传感方法对自来水和河水中的Hg2+进行了测定,证明该方法具有较好的实用性。第四章,对本文制备(AuNR@Ag)-PANI Janus纳米粒子的方法和以(AuNR@Ag)-PANI Janus纳米粒子作为SERS活性基底的检测方法进行了总结与展望。
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镁合金是迄今最轻的金属结构材料,在国民经济诸多领域具有广泛的应用前景,但是镁合金存在强度不高、塑性变形能力差以及耐蚀性不好等问题,已成为扩大镁合金应用的障碍,其中,细晶化是提高镁合金强度以及其它使役性能的重要途径,变形镁合金坯料的细晶化将有效改善坯料变形过程中的成形性,同时也将显著提高材料的力学性能。目前已有大量研究表明,超声作为一种金属熔体预处理的重要方法可明显细化镁合金凝固组织,同时也有显著的