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25nm以下的纳米磁性粒子由于独特的超顺磁性使其在物理光学、化学功能材料等方面表现出卓越应用性能。然而,磁性纳米微粒易团聚、表面功能基团少等缺点,加之单组分的磁性能不能满足更广泛的应用,因而表面包覆的磁性纳米复合微粒成为当前材料科学领域复合功能材料研究的热点。银纳米粒子由于其特殊的物理和化学性质,在催化、光学、电子、表面拉曼增强,生物医药和生物传感器以及许多领域都具有广泛的应用前景。
另一方面,随着我国社会经济的飞速发展,曲拉通X-100及有机染色剂在纺织印染、造纸和工业产品的表面清洗以及家用洗涤剂的精细化学品的广泛应用,导致工业排放的废水及生活污水中普遍存在曲拉通X-100及有机染色剂污染物。前者生物降解产物(类似雌性激素)的生物毒性更大且更难生物降解,使人体癌细胞的增长加剧,并严重影响生殖能力；而后者大多属于“三致物质”,因此如何实现底线检测与降解近十年来引起了人们的普遍关注。本论文首次合成了一种新型具有三层纳米结构的复合核壳型纳米粒子Fe3O4@PS@Ag,其中银壳层是通过层层自组装的方法获得。研究了磁性核壳复合粒子的结构、性能与应用。
1.用共沉淀法制备出了表面羧酸修饰的疏水磁性Fe3O4纳米粒子,其单分散性好,平均粒径为12nm,具有超顺磁性,XRD分析证明得到的四氧化三铁为典型尖晶石面心立方结构。
2.通过微乳液聚合法制备出的磁性复合微球Fe3O4@PS,平均粒径为120nm,单分散性好,Fe3O4含量可达到为68wt％以上,其呈超顺磁性,比饱和磁化强度为10.2emu/g。
3.以静电吸附原理,层层自组装的方法成功的制备出复合微球Fe3O4@PS@Ag,粒径为130nm左右,其单分散性好,粒径分布均匀,具有超顺磁性,饱和磁化强度为2.8emu/g,银壳厚度可控,且包覆的纳米银为面心立方结构。
4.将纳米结构材料Fe3O4@PS@Ag为基地用于表面拉曼增强检测,结果表明,当银氨溶液浓度为0.15mol·L-1时制备的复合微球离心洗涤后制成膜的表面拉曼增强效应最佳。首次用于曲拉通X-100非离子表面活性剂检测,最低检测浓度达到1×10-9 mol·L-1,无论是检测成本,还是检测低限值,均优于现有各种检测方法；使用罗丹明6G为标记分子时,最低检测浓度达到1×10-14 mol·L-1。
5.将合成的复合微球Fe3O4@PS@Ag作为催化剂,以亚甲基蓝、罗丹明B作为降解对象进行了研究分析。结果表明,在不同条件下,发现以银氨溶液浓度为0.15mol·L-1时制备的复合微球,用量为70μL(经离心清洗)的催化降解效果最佳。降解2×10-5 mol·L-1的亚甲基蓝和罗丹明B所用时间分别为6分钟和8.5分钟。
新型纳米复合微球Fe3O4@PS@Ag的上述SERS增强特性、超顺磁性(易于分离复用)、催化特性,可望在曲拉通X-100、类罗丹明B等毒害物质低限检测、在催化降解有机染料方面存在潜在应用前景。