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双组份、三组分或多组分金属核壳异质结构纳米晶体及合金是近来比单组分金属纳米晶更重要的材料。利用核壳纳米材料被可以构筑高活性、选择性、功能强大、价格低廉和环境友好的纳米电催化系统。而且,基于贵金属的核壳纳米结构在发展新型生物传感器、推进现有生物传感器技术、满足更多特定的和高灵敏度的生物分子诊断要求等方面起着重要的作用。本论文主要研究具有不同形貌和功能的贵金属核壳纳米晶可控合成。通过界面Galvanic取代反应,成功合成了Pt薄层厚度可控的双组分Ag@Pt金属核壳纳米晶和三组分Au@Ag@Pt金属核壳纳米晶。通过油-乙醇-水界面,Pt原子“由外及里”可控取代尺寸小于10 nm,Au@Ag或Ag纳米晶上的Ag,形成Pt薄层。由于Pt原子高度暴露,得到核壳纳米晶在氧还原反应(ORR)具有潜在的应用。另外,成功合成了具有锐利边缘的Au@Ag纳米立方块。FEM模拟和实验结果说明,形貌可控和Au@Ag纳米立方块自组装提高电场促进作用和SERS活性。第一次在10 p M浓度下,明确测定了蛋白质TDP-43和IAPP8-37。相关的研究结果总结如下:1.具有超薄Pt壳层Ag@Pt纳米晶的合成及其ORR催化活性。核壳结构是为了通过在较廉价材料上沉积Pt薄层,从而提高Pt原子的利率。为了降低沉积Pt的量和用于催化Pt原子的最大化,我们在单分散性Ag纳米晶上包覆超薄Pt层,特别是在尺寸约为5 nm的高单分散Ag纳米颗粒上。通过这种方法,可以在原子级别上使用Pt催化剂。在本论文中,我们成功制备尺寸约为5 nm高单分散性Ag@Pt核壳纳米颗粒。大剂量合成了对Pt壳层生长重要作用的油酸包覆的Ag NPs。加入一定量的乙醇与抗坏血酸溶液促进2-6Pt Cl相转移至疏水Ag NPs表面,形成Ag@Pt核壳结构。加入几滴油胺以保证超薄Pt壳层的形成及其稳定性。任意选择颗粒的HAADF-STEM和EDS元素分布表征说明Pt原子在Ag NPs表面的形成。理论计算证明了,5 nm大小的Ag@Pt核壳结构上的Pt壳层接近一个原子层。相对于Pt/C,制备得到的Ag@Pt电化学测试表明ORR可能发生在超薄Pt壳层上。使用50μg负载量的Ag@Pt纳米颗粒,测得其电化学活性表面积为48.4μg/cm2,ORR电位和电流分别为0.54 V和–1.6 m A/cm2。电位比商业Pt/C相应的数值(0.76 V)低。但是,半波电位比Ag纳米颗粒更正。因此,这一策略提高了的铂催化剂性能,降低了Pt催化剂的含量和成本。2.超薄Pt壳层Au@Ag@Pt三组分金属核壳纳米晶的合成及其ORR催化活性虽然电催化已取得了较大进步,但是相对于双金属组分纳米颗粒,多种贵金属组分的可控合成研究较为少。它们对研究贵金属纳米颗粒的结构、组分和性质之间的关系提供了新的途径。本工作中,我们在水-醇-油(W-E-O)体系中高产率合成了Pt薄层可调控的三组分Au@Ag@Pt核/壳/壳纳米晶。Ag在Au表面逐层外延生长形成Au@Ag核壳纳米晶。通过取代反应,在Au@Ag纳米颗粒上沉积超薄Pt层形成三元Au@Ag@Pt核/壳/壳纳米晶。HAADF-STEM表征及EDS元素分布证实了Au@Ag@Pt核壳结构的形成。另外,7 nm大小的Au@Ag@Pt纳米颗粒中,Pt壳层接近于一个原子层:变化范围在1-2原子层之间。使用50μg负载量的Au@Ag@Pt纳米颗粒,测得电化学活性表面积43.36μg/cm2,电位和电流分别为0.56 V和–2.0 m A/cm2。其半波电位是比Ag更正。因此,制备得到的Au@Ag@Pt核壳结构具有高的ORR催化活性。3.Au@Ag核壳立方块的可控合成和无标识超灵敏蛋白质单点变化SERs检测.水相中成功合成了具备锐利边缘特点的单分散和长径比可调的Au@Ag核壳立方块。我们使用芳香衍生物如水杨酸钠、水杨酸和油酸钠通过种子生长方法成功合成了高单分散性,长径比可控的Au NRs。以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB),十六烷基二甲基苄基氯化铵(BDAC)为表面活性剂和抗坏血酸为还原剂,Au纳米棒可以通过Ag纳米颗粒的生长动力学进行很好调控,形成边缘锐利的Au@Ag纳米立方块。Au@Ag核壳纳米立方块可在基底上形成自组装,毗邻纳米晶的间隔大约为2 nm。Au@Ag核壳纳米立方块的锐利边缘特点、立方块内部和外部的LSPR可以获得更好的电场促进和SERs活性。另外,我们使用了FEM方法模拟电场增强,解释了Au@Ag核壳纳米立方块组装促进E-field和LSPR增强。我们第一次在低浓度下(10 p M),利用无标记SERS技术检测了非肌萎缩性神经侧索硬化症(ALS)致病关键蛋白:TAR-DNA结合蛋白质(TAR-DNA binding protein,TDP-43)和II型糖尿病致病相关蛋白核心片段:胰淀素(Istlet amyloid-like polypeptide 8-37,IAPP8-37)。同时,我们通过无标识SERS分别检测浓度为10 p M TDP-43突变体和它的单点突变:p A315T,A315,h IAPP8-37,rat-IAPP8-37(r IAPP8-37)。