| SiO2及金属氧化物基微纳复合分离分析材料的设计制备及应用研究 | |
| Alternative Title | 无 |
| 王玉环 | |
| Thesis Advisor | 邵士俊 |
| 2021-05-29 | |
| Degree Grantor | 中国科学院大学 |
| Place of Conferral | 北京 |
| Degree Name | 理学博士 |
| Degree Discipline | 分析化学 |
| Keyword | SiO2基色谱填料 BiVO4基光电极 Ti3C2Tx基修饰电极 HPLC分析 电化学分析 |
| Abstract | 随着社会经济的快速发展，生命健康和环境问题越来越引起人们的重视。发展新型分离分析新材料新技术对于实现生物、环境等复杂体系中目标分析物的高效快速分离、高灵敏高选择性分析检测具有重要的研究意义。材料科学与纳米技术的快速发展，进一步推动了有机/无机微纳复合材料在分离、富集，以及光/电化学传感与生物成像分析等领域的研究与应用。本论文研究工作结合硅基色谱分离材料、纳米金属和金属氧化物等光电催化活性材料在分离分析技术领域的研究与应用进展，以发展硅胶基液相色谱固定相和简化其制备方法为目标，设计制备了金纳米颗粒杂化SiO2（Au-Sil）、聚丙烯酰胺包裹SiO2（PAM@Sil）等改性硅胶微球复合分离材料，成功应用于实际复杂样品中目标物的色谱分离检测；以发展具有光电催化活性的新型电极修饰材料和电化学分析方法为目标，设计制备了超薄纳米FeOOH修饰钒酸铋（BiVO4-FeOOH）、金纳米颗粒掺杂钒酸铋（BiVO4-Au）和金纳米颗粒修饰MXene纳米片（AuNPs/Ti3C2Tx-PDDA）等系列纳米复合材料，构建化学修饰电极及其传感体系，实现了对目标分析物的高灵敏、高选择性电化学和光电化学分析检测。本论文的主要研究成果如下： （1）采用一步法合成了金纳米杂化硅胶微球复合材料（Au/Sil），并将其用于液相色谱固定相进行分离分析。以核苷酸碱基类和烷基苯类化合物为分析物，考察了该固定相在反相液相色谱（RPLC）和亲水液相色谱（HILIC）条件下的分离性能。通过考察流动相组成，缓冲盐浓度和流动相pH的变化对33-Au/Sil分离性能的影响，确定了分配作用在33-Au/Sil固定相对分析物的保留能力中起着关键作用。进一步利用简单自组装的方法将十八硫醇修饰在33-Au/Sil表面，成功制备了固定相（C18-Au/Sil）。以烷基苯类化合物为分析物，考察了C18-Au/Sil的色谱分离性能，结果发现，和商业C18色谱柱相比，该固定相可以容忍高水含量的流动相，节省有机试剂的使用。33-Au/Sil和C18-Au/Sil复合材料的成功制备，为简化新型固定相的制备方法提供了借鉴。 （2）通过简单物理涂敷的方法制备了超高分子量聚丙烯酰胺包裹硅胶微球(PAM@Sil)复合材料，并将其用于亲水色谱固定相进行分离分析。结果发现，三次聚丙烯酰胺包裹硅胶微球固定相（3-PAM@Sil）对亲水性化合物如糖类化合物、核苷酸碱基、氨基酸等，具有较好的分离效果。在分离测试条件下经过近60 h的冲洗，该固定相仍具有良好的稳定性和低的背景噪音。这种通过简单浸渍-加热/搅拌-蒸发的制备方法为超高分子量聚合物修饰固定相的制备提供了借鉴。 （3）基于羟基氧化铁修饰钒酸铋复合材料（BiVO4/FeOOH）构建了一种新型可见光驱动光电化学传感器，并用于间接检测多巴胺（DA）。BiVO4/FeOOH的高效水氧化电流作为空白信号，为turn-off型传感器的设计提供了高的灵敏度，且避免了有机牺牲试剂的添加。基于光生电子和作为电子受体的聚多巴胺（多巴胺氧化生成）相互作用，诱导光电流信号降低，实现了间接检测多巴胺的目的。结果表明，该光电传感器的线性响应范围为0.2-40 μM和40-1400 μM，检出限为0.09 μΜ。结合扫描电化学显微镜（SECM）技术，考察了不同界面异质电子传递速率（Keff），进一步评估了材料的光催化性能和传感机制，表明复合材料是基于光生电子转移的检测原理。该传感器具有制备方法简单、选择性好、稳定性高、线性范围宽等优点，为BiVO4基复合材料构建光电化学传感器提供了一种思路。 （4）基于金纳米粒子掺杂钒酸铋复合材料（BiVO4-Au），构建了一种光电化学传感器，用于高灵敏高选择性检测Co2+。电极BiVO4-Au在检测Co2+的同时，在电极表面生成磷酸钴（CoPi）助催化剂，还可得到高效水氧化复合光阳极材料（BiVO4-Au/CoPi）。该光电传感策略主要依据Co2+和BiVO4的静电吸引作用，使Co2+被吸附在BiVO4-Au表面，在磷酸缓冲盐溶液中原位生成高效助催化剂CoPi薄层，从而使阳极光电流升高。结果表明，该传感策略对Co2+的线性响应范围为0.1-10 μΜ和10-6000 μM，检出限为0.03 μM，在实际样品自来水以及商品水中的分析结果令人满意。该传感器为电极材料和污染物的再利用展现出良好的实际应用前景，并为Co2+的测定提供了一种新的检测方法，有望成为构建turn-on型光电化学金属离子传感器的一种模式。 （5）通过简单电沉积金纳米粒子的方法，制备了纳米复合材料AuNPs/Ti3C2Tx-PDDA，基于AuNPs/Ti3C2Tx-PDDA对NO2⁻的静电和协同催化作用，构建了高灵敏NO2⁻传感平台。金纳米粒子对NO2⁻具有高的催化活性，二维片层结构Ti3C2Tx具有较高的电导率和大的表面积，为电沉积AuNPs提供了更多的附着位点。PDDA与Ti3C2Tx的复合，不仅增加了Ti3C2Tx-PDDA悬浮液的稳定性，而且可以通过静电吸引力提高检测NO2⁻的灵敏度和选择性。结果表明，该电化学传感器的线性响应范围为0.1-2490 μM和2490-13490 μM，检出限为0.059 μM。由于该传感器具有高的灵敏度（250 μA mM-1 cm-2），良好的抗干扰能力及理想的重复性和稳定性等特性，使其成功应用于实际样品中NO2⁻的检测分析，为提高离子型传感器的灵敏度提供了一种借鉴。 |
| Other Abstract | 无 |
| MOST Discipline Catalogue | 理学 |
| Pages | 138 |
| Language | 中文 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | http://ir.licp.cn/handle/362003/29995 |
| Collection | 中科院西北特色植物资源化学重点实验室/甘肃省天然药物重点实验室 |
| Affiliation | 1.中国科学院兰州化学物理研究所; 2.中国科学院大学 |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 王玉环. SiO2及金属氧化物基微纳复合分离分析材料的设计制备及应用研究[D]. 北京. 中国科学院大学,2021. |
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