纳米材料以其不同于宏观材料的独特的物理化学性质,在过去几十年里吸引了广大科学工作者在基础研究和应用研究领域的兴趣。同时,大环主体分子是超分子化学发展中的重要基础。杂化纳米材料是目前纳米技术中的研究热点。将大环主体分子引入到碳、贵金属、金属氧化物等纳米材料领域,制备有机-无机杂化纳米材料,并开发其新的功能以及探索其在多个领域的潜在应用具有重大的科学意义。本文立足于大环超分子主体和碳、贵金属、金属氧化物等纳米材料的杂化纳米材料,选用环糊精、磺化杯芳烃、水溶性柱芳烃等水溶性大环主体分子,通过非共价作用力将其与碳、贵金属、金属氧化物等纳米材料相结合构筑出一系列杂化纳米材料,并在电化学传感、荧光传感和催化等领域展开应用研究。主要内容包含以下四个部分:第一部分:(a)通过湿化学法,借助酰胺键(-CO-NH-)和Au-S配位键将β-环糊精修饰于羧基化石墨烯纳米片(CGS)上,得到β-CD--Au@CGS复合材料,并用TEM、FTIR和TGA对其进行了表征。构建了基于该杂化纳米材料的电化学传感平台,研究了 HQ和PNP两种酚类物质在该传感平台上的电化学行为,并成功用于水样中HQ和PNP的传感检测。(b)本节通过水热法将羟基引入到SiC表面,再通过硅烷化反应引入氨基,将Au纳米粒子负载于氨基SiC上。通过酰胺键(-CO-NH-)和Au-S配位键将β-环糊精嫁接于SiC上,得到β-CD-Au@SiC-NH2复合纳米材料。用TEM、XRD、FTIR和TGA对其进行了表征。构建了基于该复合材料的电化学传感平台,研究了药物他达拉非的电化学行为,并成功应用于血清样品中他达拉非的传感检测。第二部分:(a)本节以磺化杯[6]芳烃(SCX6)和氧化石墨烯(GO)为原料,通过一步水相湿化学法制备得到SCX6-RGO复合物,并用FTIR、TGA、Raman等对其进行了表征。通过紫外-可见光谱、荧光光谱以及分子模拟计算等技术手段研究了SCX6与胆固醇的包合行为,确定了其包合模式及相互作用力。选择染料亚甲基蓝(MB)和胆固醇(cholesterol)分别为探针分子和客体分子,构建了基于SCX6-RGO杂化纳米材料的竞争性电化学传感平台。当MB探针分子进入SCX6的空腔后,通过DPV可以检测到MB的电化学信号。然而,当胆固醇客体分子存在时,MB分子会被胆固醇分子所替代,发生竞争性分子识别,使得探针分子MB的电信号减小。借助该竞争性传感平台,成功实现了人血清样品中胆固醇的传感检测。(b)本节以磺化杯[8]芳烃(SCX8)和单壁碳纳米角(SWCNHs)为原料,通过超声辅助制备得到SCX8-SWCNHs杂化纳米材料,并用TEM、FTIR、TGA以及Zeta-电位对其进行了表征。通过荧光滴定实验研究了 SCX8主体与MB及乌头碱(aconitine)分子之间的竞争性分子识别,并求出了 SCX8/MB和SCX8/aconitine的结合常数。选择MB和乌头碱分别为探针分子和客体分子,构建了基于SCX8-SWCNHs杂化材料的竞争性电化学传感平台。当MB探针分子进入SCX8后,可以通过DPV检测到MB的电信号。然而,当乌头碱客体分子存在时,MB分子会被乌头碱分子所替代,发生竞争性分子识别,使探针分子MB的电信号减小。同时,乌头碱分子的电信号不断增大。根据该竞争性原理成功设计出了该双信号型竞争性电化学传感平台,并成功应用于人血清样品中乌头碱的传感检测。第三部分:(a)本节以磺化杯[6]芳烃(SCX6)和氧化石墨烯为原料,通过一步水相湿化学法制备得到SCX6-石墨烯杂化材料,并用TEM、FTIR、TGA、AFM和Zeta-电位对其进行了表征。通过荧光滴定和分子模拟等手段研究SCX6与他达拉非的包合行为,确定其包合模式及相互作用力。选择染料罗丹明B(RhB)分子和他达拉非分别为探针和客体分子,构建了基于SCX6-石墨烯复合材料的竞争性荧光传感平台。当RhB分子进入SCX6的内腔后,其荧光被石墨烯猝灭。然而,当他达拉非客体分子存在于RhB-bound SCX6-石墨烯复合物当中时,RhB分子将会被他达拉非所替换,使得染料RhB分子从SCX6的空腔中游离出来,进而使其荧光得以恢复。该竞争性荧光传感平台被成功应用于血清样品中他达拉非的传感检测。(b)本节以磺化杯[8]芳烃(SCX8)和氧化石墨烯(GO)为原料,通过一步水相湿化学法制备得到SCX8-RGO复合纳米材料,并通过AFM、FTIR、TGA和Zeta-电位对其进行了表征。通过荧光光谱、二维核磁氢谱以及分子模拟等技术手段研究了SCX8与乌头碱的包合行为,确定其包合模式。选择染料分子和乌头碱分别为探针和目标客体分子,构建了基于SCX8-RGO杂化材料的竞争性荧光传感平台。当染料分子进入SCX8的空腔后,其荧光被RGO猝灭。然而,当乌头碱客体分子存在于Dye-bound SCX8-RGO复合物当中时,染料分子将会被乌头碱分子所置换,使染料分子游离于SCX8的空腔之外,进而使其荧光恢复。该竞争性荧光传感平台可用于血清中乌头碱的传感检测。第四部分:(a)在本节中,我们报道了一个温和、绿色的在水溶液和室温下合成Mn02纳米鳞片和纳米簇的方法,该方法不需要使用任何有机溶剂,不需要高温,通过大环超分子磺化杯芳烃(SCX[4,6,8])调控还原KMnO4得到MnO2纳米材料,并通过TEM、AFM、XRD、EDX、元素mapping、XPS以及Zeta-电位对其进行了表征。然后对MnO2纳米材料的形成机理进行了推测。最后研究了该MnO2纳米材料对染料MB的催化还原性能。研究结果显示,该MnO2纳米催化剂对MB具有很好的催化还原能力。(b)在本节的研究中,我们选用两端各带有5个阳离子(-NH3+)的水溶性柱[5]芳烃(WP5)来调控超小尺寸Pd和Pt纳米粒子在水相中的合成,并同时将超小尺寸的Pd和Pt纳米粒子负载于二硫化钼-碳纳米球(MoS2-CNS)载体上,得到Pd-MoS2-CNS和Pt-MoS2-CNS纳米杂化材料。并通过TEM、XRD、EDX、元素mapping以及XPS对制备得到的Pd-MoS2-CNS和Pt-MoS2-CNS纳米杂化材料进行表征。最后用得到的杂化纳米催化剂以还原MB和对硝基苯酚(4-NP)为模型,研究其催化性能。研究结果发现,Pd-MoS2-CNS和Pt-MoS2-CNS纳米催化剂对MB和4-NP都具有很好的催化还原能力。总之,本论文结合大环超分子主体和纳米材料二者的优越性能,制备了一系列基于大环超分子的功能纳米复合材料,并在电化学传感、荧光传感和催化等领域展开应用研究,为纳米复合材料的制备及应用提供了新的思路和依据。