多功能纳米材料的制备、表面修饰及应用

多功能纳米材料的制备、表面修饰及应用,2,报告内容,多功能纳米粒子在抗肿瘤药物输送中的应用2.用于潜指纹显现的纳米材料3.多功能纳米材料在水处理方面的应用,3,“纳米”一词最开始源于希腊文字“dwarf”，现在被作为长度的单位。我们用图形象描述一下纳米世界的尺寸范围。纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于100nm以内的材料，我们就统称为纳米颗粒。由于纳米尺寸所具有的特殊性，导致纳米材料的尺寸效应，进而产生许多特有的性质。例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。,4,透射电子显微镜,研究纳米材料首先要能够看到纳米结构！但在光学显微镜下无法看清小于0.2m的细微结构，要想看清纳米结构，就必须选择波长更短的光源，以提高显微镜的分辨率。1932年Ruska(鲁斯卡)发明了以电子束为光源的透射电子显微镜(TEM)，目前TEM的分辨力可达0.2nm。,5,敌我不分毒副作用较大,世界卫生组织,重要事实癌症是全球一个主要死亡原因，在2008年造成760万人死亡（约占所有死亡人数的13%）。全世界癌症死亡人数预计将继续上升，到2030年将超过1100万。,手术治疗化学治疗放射治疗基因治疗热疗光动力学治疗,主要治疗手段,？,目前，手术治疗，化学治疗以及放射性治疗为现在癌症治疗的主要手段。但是，这些方法敌我不分，毒副作用强，所以，发展新的治疗手段是十分必要的。而纳米粒子作为一种新的药物载体，用于治疗，引起科学家的广泛关注。,6,纳米粒子通过细胞膜被细胞内吞以后形成内涵体。然后包裹在内的纳米粒子从内涵体中逃逸出来进入细胞质。从纳米载体里释放出来的药物进入细胞核，破坏DNA分子，进而诱导细胞凋亡。,装载抗肿瘤药物的纳米粒子是如何杀灭癌细胞的？,内涵体,7,构建理想的纳米输送系统要考虑：（1）具有高载药量，能够将药物靶向输送到肿瘤部位，循环过程中药量损失最小，药理活性降低最小。（2）到达病灶部位，对药物可控释放，选择性杀伤癌细胞。,8,纳米输送系统的靶向性传递被动靶向,通过正常的生理过程运送至肝、脾、肺等器官,肿瘤细胞,对于正常组织，它内部的血管内皮细胞是紧密排列的，细胞之间的距离不到2nm。而对于肿瘤组织，由于癌细胞的快速生长，使其新生的血管无序并且存在结构缺陷，血管内皮细胞之间的孔隙大于100nm，所以纳米粒子更容易进入肿瘤细胞内，使长循环的治疗纳米粒子优先从孔隙处溢出累计在肿瘤组织。,9,纳米输送系统的靶向性传递主动靶向,随着对肿瘤分子水平研究的深入，发现肿瘤细胞能与许多配体结合，这种结合具有高特异性、高选择性和高亲和性的特点，这一特点又为药物分子和成像标记物的输送提供了另一种新的思路主动靶向。,在纳米粒子表面修饰上特殊的配体，能够与靶细胞的受体结合。,10,T.T.Wang,C.G.Wang*,Z.M.Su*et.al.J.Mater.Chem.2011,21,5299.,空心二氧化硅纳米笼的构建及应用,我们尝试合成单分散的空心介孔二氧化硅纳米笼并将其用于肝癌治疗。,空心纳米笼,近些年，二氧化硅纳米材料作为药物传递系统的应用已经成为纳米医药领域研究的热点之一。它具有介孔的结构、无毒的本质、大的表面积和孔体积、良好的化学和热稳定性及灵活多样的表面修饰方法，这些优良的特性使介孔二氧化硅纳米粒子发展成为一类极具应用潜力的药物输送载体。,药物,11,经过模板-包覆-刻蚀的过程，合成了的单分散、尺寸均一的空心介孔二氧化硅纳米笼（HMS）。然后用氨基硅烷化试剂（APTMS）在纳米笼表面修饰上氨基基团。最后，在氨基化的纳米笼表面进一步修饰聚乙二醇分子（PEG）。PEG分子的修饰能够保护纳米笼避免蛋白质的非特异性吸附，并且能够在体内生理环境下增强它的长循环能力和胶体稳定性。随后，将得到的PEG修饰的纳米笼作为抗肿瘤药物阿霉素（DOX）的有效输送工具，用于肝癌的体外体内治疗研究。,T.T.Wang,C.G.Wang*,Z.M.Su*et.al.J.Mater.Chem.2011,21,5299.,12,合成的空心介孔二氧化硅纳米笼尺寸均一，分散性好，并成功的掺杂荧光染料。,值得注意的是，由于空心介孔二氧化硅纳米笼内有巨大的立方体空穴，相比同样大小介孔及空心球型结构具有更高的药物存储空间。,T.T.Wang,C.G.Wang*,Z.M.Su*et.al.J.Mater.Chem.2011,21,5299.,13,给药处理11天后剖离出的肿瘤照片：与加生理盐水组，空白纳米笼组，游离的DOX组对比，负载DOX纳米笼的瘤体积最小。,肝癌细胞Hep-A-22与RITC标记的纳米笼培养24h后的共聚焦激光扫描显微镜照片。可见红色荧光亮点，表明纳米笼被细胞吞入。,T.T.Wang,C.G.Wang*,Z.M.Su*et.al.J.Mater.Chem.2011,21,5299.,RITC红色荧光,14,多功能磁性纳米材料,随着纳米生物技术的发展，功能性纳米材料正广泛受到人们的关注，特别是对磁性纳米材料的探索，使纳米材料在生物标记、生物分子的分离、磁性共振成像和药物靶向释放等方面具有广泛的应用前景。特别是磁性四氧化三铁纳米粒子因制备工艺简单、饱和磁性强度高、毒副作用小等特点已成为研究热点。,15,我们所制备的四氧化三铁分散在氯仿当中，使用前需要先用CTAB先将其从氯仿相转移入水相，1、2号瓶分别为转移前后图片。从右图可以看出，在外加磁场作用下，四氧化三铁纳米粒子极易分离。,利用四氧化三铁制备的磁性纳米材料可以起到磁靶向作用，在外加磁场的作用下，使药物在病灶部位大量富集，减少其对正常细胞的损伤。此外，磁性纳米粒子可以作为造影剂用于磁共振成像研究。,16,L.Li,C.G.Wang*,Z.M.Su*etal.,Small,2013,9,825.,偏心结构磁性纳米粒子的合成,制备磁性纳米复合材料最简便有效的方法就是对四氧化三铁纳米粒子进行包覆，我们采用油酸保护四氧化三铁为原料，再通过十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）将其转移入水相，随后在水和异丙醇的混合体系中进行聚丙烯酸（PAA）包覆，得到粒径均一、单分散偏心结构Fe3O4PAA纳米粒子。,异丙醇,聚丙烯酸,十六烷基三甲基溴化铵,17,为验证此方法的通用性，我们又尝试对梭型Fe2O3，空心SnO2，球型SiO2、Fe2O3以及Ag纳米粒子进行PAA包覆，均可得到单分散、粒径均一的偏心结构纳米粒子。,L.Li,C.G.Wang*,Z.M.Su*etal.Small2013,9,825.,18,结构转换,在合成过程中，我们发现一个有趣的现象：中心和偏心两种结构可以相互转换。当向中心结构纳米粒子溶液中加入异丙醇，其结构就转变为偏心结构，再向其中加入水其结构就又转变成为中心结构，最终形成一个结构转换的循环过程。,L.Li,C.G.Wang*,Z.M.Su*etal.Small，2013,9,825.,19,进一步，详细讨论了水和异丙醇比例对其结构转换的影响。从图可以看到，随着异丙醇量的增加，三氧化二铁纳米粒子逐渐向PAA壳边缘移动，当水量增加时又移动回PAA壳的中心，A、B、C、D分别为不同水和异丙醇比例下的电镜照片。,L.Li,C.G.Wang*,Z.M.Su*etal.Small2013,9,825.,20,聚丙烯酸,Poly(acrylicacid),PAA,PAA壳层是一种含有大量羧基的高分子材料，能够大量负载带正电荷的抗癌药物DOX，且本身具有pH值响应性能，这为实现抗癌药物高效负载与可控释放提供了新的选择。,21,L.Li,C.G.Wang*,Z.M.Su*etal.Nanoscale,2013,5,2249.,我们对PAA药物输送体系进行了系统的研究，首先我们可控合成兼具磁性、荧光和pH值响应的多功能偏心-(中心-Fe3O4fmSiO2)PAA双层核壳结构纳米复合材料，并将其用于前列腺癌细胞的荧光成像诊断和pH响应性可控药物释放治疗一体化研究。,22,在随后进行的载药及体外药物释放测试中，该纳米粒子表现出90%的高载药效率和220%的超高载药量。右图显示了不同pH值下药物释放曲线，结果表明该纳米粒子具有显著的pH值响应性药物控制释放性能。,L.Li,C.G.Wang*,Z.M.Su*etal.Nanoscale,2013,5,2249.,23,将其与PC3M癌细胞培养得到荧光共聚焦显微镜图片，明显可见绿色及红色荧光，证明负载红色荧光DOX的纳米粒子成功载入细胞内。通过细胞生物相容性图可明显看到，单独纳米粒子加入癌细胞内，癌症细胞死亡率低，具有很高的生物相容性，而负载DOX的纳米粒子可以达到纯DOX对癌细胞的杀伤效果。虽然该材表现出超高载药量及可控释放效果，但由于其外壳PAA机械强度低，抗外界溶液干扰能力较差，所以我们针对这一问题进行了改进。,L.Li,C.G.Wang*,Z.M.Su*etal.Nanoscale,2013,5,2249.,纳米粒子,DOX负载纳米粒子,纯DOX,DOX红色荧光,FITC绿色荧光,24,L.L.Chen,C.G.Wang*,Z.M.Su*etal.2013,Submitted.,成功制备了新型兼具磁性和荧光的Fe3O4PAA/SiO2粒子堆积-偏心结构纳米粒子。并将其用于前列腺癌细胞的荧光成像诊断和药物输送治疗一体化研究，取得了很好的效果。,25,从电镜图片可以看出，合成的Fe3O4PAA/SiO2粒子堆积-偏心结构纳米粒子尺寸均一，分散性好。从图E扫描电镜图片也可以看出，二氧化硅层并非常见介孔结构，而是粒子堆积结构，由许多小二氧化硅纳米粒子堆积而成。,L.L.Chen,C.G.Wang*,Z.M.Su*etal.2013,Submitted.,油酸保护Fe3O4纳米粒子,CTAB保护Fe3O4纳米粒子,Fe3O4PAA纳米粒子,Fe3O4PAA/SiO2纳米粒子,26,随后我们采用氟钇钠（NaYF4:Yb/Er）上转换荧光纳米棒为核，使用相同的方法，成功合成NaYF4:Yb/ErPAA/SiO2粒子堆积-偏心结构纳米粒子。图F为该材料荧光光谱图，从插图可以看出其具有很强的绿色荧光。,L.L.Chen,C.G.Wang*,Z.M.Su*etal.2013,Submitted.,27,将该纳米粒子与PC3M前列腺癌细胞培养24h后，得到荧光共聚焦显微镜图片可明显见绿色及红色荧光，证明负载红色荧光DOX的纳米粒子成功载入细胞内。,DOX红色荧光,FITC绿色荧光,L.L.Chen,C.G.Wang*,Z.M.Su*etal.2013,Submitted.,28,Fe3O4,除了以上研究的核壳结构纳米粒子之外，还有一种具有更大载药空腔的蛋黄-蛋壳结构纳米粒子。,蛋黄-蛋壳纳米胶囊,我们设计合成以功能性纳米颗粒为核，外面有一层壳，在核与壳中间有空心结构的蛋黄-蛋壳结构纳米颗粒，并将其表面进行修饰后应用于抗肿瘤药物的运输。,表面修饰,29,L.Y.Zhang,C.G.Wang*,Z.M.Su*etal.Chem.Eur.J.2012,18,12512.,我们经过包覆-表面修饰-刻蚀的过程，获得蛋黄-蛋壳结构Fe3O4SiO2纳米粒子，在其表面连接肝癌细胞特异性配体乳糖酸，随后，将得到的蛋黄-蛋壳结构纳米胶囊作为抗肿瘤药物阿霉素（DOX）的有效输送工具，用于肝癌的体外磁诱导双重靶向给药实验。,30,图A为核壳结构Fe3O4SiO2纳米粒子，图B、C和D分别为不同刻蚀程度的蛋黄-蛋壳结构Fe3O4SiO2纳米粒子。可以看出，相对普通介孔核壳结构Fe3O4SiO2纳米粒子，蛋黄-蛋壳结构Fe3O4SiO2纳米粒子具有超大的载药空间。,L.Y.Zhang,C.G.Wang*,Z.M.Su*etal.Chem.Eur.J.2012,18,12512.,31,肝癌细胞与RITC标记的蛋黄-蛋壳结构纳米粒子培养24h后的共聚焦激光扫描显微镜照片。可见红色荧光亮点，表明纳米笼被细胞吞入，且明显看出在磁诱导双重靶向作用下细胞吞噬效果（图D）。,我们对比了纯DOX、负载DOX纳米粒子、负载DOX的LA修饰纳米粒子及在磁性诱导下的负载DOX的LA修饰纳米粒子对癌细胞的杀伤能力，结果表明，双重靶向条件下对癌细胞的杀伤能力最强。,L.Y.Zhang,C.G.Wang*,Z.M.Su*etal.Chem.Eur.J.2012,18,12512.,32,随后我们将此方法推广到以金棒和氟钇钠为核，介孔二氧化硅为壳的蛋黄-蛋壳结构纳米粒子。从下面的荧光照片可以看出，氟钇钠作为一种上转换荧光材料，具有很好的成像效果。,L.Y.Zhang,C.G.Wang*,Z.M.Su*etal.Chem.Eur.J.2012,18,12512.,氟钇钠纳米棒,金纳米棒,33,H.Y.Liu,C.G.Wang*,Z.M.Su*etal.Chem.Eur.J.2012,18,3745.,我们将下转换荧光材料与磁性纳米粒子相结合，经过包覆-刻蚀-再包覆的过程，获得蛋黄-蛋壳结构Fe3O4Y2O3:Eu纳米粒子，在对其进行表面氨基化修饰，并将其用于荧光成像诊断和药物输送治疗一体化研究。,34,图C为Fe3O4mSiO2Y2O3:Eu壳-核纳米颗粒；图D为Fe3O4Y2O3:Eu蛋黄-蛋壳结构纳米粒子；（E）、（F）分别是图C和D对应的扫描电镜照片。从图F的插图也可以清晰的看到其空腔的存在。,H.Y.Liu,C.G.Wang*,Z.M.Su*etal.Chem.Eur.J.2012,18,3745.,35,具有磁性荧光的蛋黄-蛋壳纳米胶囊用于磁性分离以及细胞成像,磁性分离,细胞成像,图(a)是在日光下的磁性分离照片；(b)是在紫外光照下的磁性分离照片。该纳米粒子可在外加磁场作用下，进行快速分离，具有较高的磁饱和强度。,HepG-2与蛋黄-蛋壳结构纳米胶囊共同培养24h后的共聚焦激光扫描显微镜照片，从图中能够清晰的看见红色荧光，表明纳米粒子已进入细胞当中，可以用于细胞成像。,H.Y.Liu,C.G.Wang*,Z.M.Su*etal.Chem.Eur.J.2012,18,3745.,36,L.Y.Zhang,C.G.Wang*,Z.M.Su*etal.Chem.Commun.2012,48,8706.,基因输送疗法,基因治疗是指将基因导入癌细胞，以纠正或补偿因基因缺陷和异常引起的疾病，从而达到治疗目的。而如何获得高效安全的基因输送载体就成为基因治疗的最大挑战。我们在以前工作的基础上，制备了蛋黄-蛋壳结构Fe3O4SiO2纳米粒子，并在其表面连接上了小干扰RNA，随后，将该纳米粒子作为小干扰RNA的输送工具，用于肝癌的体外磁诱导靶向输送实验。,37,图A-E分别显示了不同条件下纳米粒子被细胞吞噬的情况，结果表面，在磁诱导的条件下，纳米粒子被吞噬的效果最好。从图F我们看到一些绿色荧光已经和红色荧光分离，表明小干扰RNA已被成功释放到癌细胞当中，用于基因沉默。,L.Y.Zhang,C.G.Wang*,Z.M.Su*etal.Chem.Commun.2012,48,8706.,38,T.T.Wang,Z.M.Su*et.al.ACSAppliedMater.C.ZnS粉末显现玻璃表面指纹;D.ZnO/Ag纳米颗粒粉末显现玻璃表面潜指纹E.显现锡箔表面指纹;,苏忠民等，二氧化硅及聚苯乙烯功能化颗粒用于潜指纹显现的方法.ZL200910066493.8,2.1潜指纹检测微、纳米粉末、磁性、荧光粉末,首先是利用粉末法，目前应用最广泛的就是粉末法，然而，传统的粉末对操作人员的健康具有一定的危害，并且其致命的弱点是不能显现陈旧指纹，且不能显现凹凸不平的客体。利用功能性微、纳米粉末，由于比表面效应、小尺寸效应，不但可实现疑难客体的潜指纹显现，并可显现陈旧指纹。,如图，为利用各种微、纳米粉末显现高温金属铜片、凹凸不平的漆木、实验台表面等各种客体表面的潜指纹。,54,ZnS纳米颗粒粉末刷显不同表面的潜指纹:A.实验台;B.铝箔;C.塑料瓶;D.玻璃表面45天的沉旧潜指纹;E.ZnO/V粉末刷显复合板表面潜指纹。,A.SiO2刷显防盗门表面潜指纹；B.SiO2刷显塑料表面潜指纹；C.SiO2Ag刷显复合板表面；D.SiO2Ag刷显复合板10天的陈旧指纹E.SiO2Ag刷显易拉罐表面指纹;F.SiO2Ag刷显易拉罐10天的陈旧指纹,并且在北方干燥天气的条件下，可以显现各种客体表面10天左右的陈旧潜指纹。,2.1潜指纹检测微、纳米粉末、磁性、荧光粉末,55,亲水纳米金颗粒显现A4纸表面（反应不同时间）潜指纹的图像,疏水纳米金颗粒显现A4纸表面（反应不同时间）潜指纹的图像,苏忠民等，表面功能化的纳米金颗粒用于潜在指纹显现的方法.ZL200810050674.7,对比研究了亲、疏水颗粒反应不同时间显现渗透性客体A4纸潜指纹的效果。图中看出，疏水颗粒显现指纹纹线清晰，但亲水颗粒的显现对比度更好。,2.2.1潜指纹检测金属纳米粒子（汗液潜指纹）,56,潜指纹的不同倍数的扫描电镜图片,扫描电镜对显现后潜指纹进行表征发现，在指纹的纹线中金属纳米颗粒通过自组装生长和排列，使潜指纹显现效果更加显著，提高灵敏度。,2.2.1潜指纹检测金属纳米粒子（汗液潜指纹）,57,如图为研究方法示意图，设计功能化试剂，使显现过程不破坏DNA成分。,2.2.2潜指纹检测金属纳米粒子（血液潜指纹）,58,纳米金显现A4纸上血液稀释后的血潜指纹.20倍;B.40倍;C.400倍;D.400倍玻璃表面;E.银纳米粒显现稀释400倍血液潜指纹,血液潜指纹的显现：,显现金属铜片上的汗液（左）和血液潜指纹（右）,苏忠民等，显现多种客体表面指纹且保留DNA信息的方法.ZL200910067469.6,利用金、银纳米颗粒可显现稀释400倍后的血液留下潜指纹，并且突破客体限制，在渗透性客体(A4纸)，非渗透性客体金属铜片及玻璃表面的血液潜指纹都能显现。,2.2.2潜指纹检测金属纳米粒子（血液潜指纹）,59,血液稀释不同倍数：(从左到右分别为纯血液、稀释10、100、1000、10000倍),显现稀释100，1000，10000倍的血液指纹（从左至右）,潜血指纹的显现灵敏度（以稀释血液倍数为标准）可以达到0.01%,苏忠民等，显现多种客体表面指纹且保留DNA信息的方法.ZL200910067469.6,为验证金属纳米颗粒显现血液潜指纹的灵敏度，我们进行了下面的实验，将血液稀释至10000倍，然后印潜指纹，进行灵敏度检测。,2.2.2潜指纹检测金属纳米粒子（血液潜指纹）,60,潜指纹的汗液中常常会有人体的代谢产物的残留，这些代谢产物往往能反应某个个体的生活习性特征，如吸烟、吸毒、患有某种疾病等，通过对这些指纹中潜在信息的研究和检测，进一步判断个体的特征，从而可以缩小嫌疑人的识别范围，为案件侦察提供高效的方法。我们研究了利用标记抗尼古丁抗体的纳米金粒结合拉曼光谱来识别吸烟人的潜指纹。,标记抗尼古丁抗体的纳米金粒结合拉曼光谱显现示意图,2.2.3潜指纹检测金属纳米粒子（潜在信息检测）,61,利用标记抗体的纳米金粒分别显现吸烟人与不吸烟人的潜指纹，反应时间控制在5分钟，得到的结果表明，抗体标记的反应迅速，且有较强的拉曼信号，达到检测指纹潜在信息的目的。,b,a,苏忠民等,利用拉曼光谱揭示指纹中潜在信息的方法.ZL201110117719.X,2.2.3潜指纹检测金属纳米粒子（潜在信息检测）,62,荧光半导体纳米材料用于显现潜指纹,a.铝箔;b.玻璃;c.饮料瓶,不同回流时间（0.5h；1.0h；2.0h；3.0h；4.0h；5.0h；6.0h；8.0h）的CdTe量子点的荧光光谱图,合成了巯基乙酸和巯基丙酸保护的CdTe,CdSe,选用荧光强度较强的CdTe做显现剂。将制备好的CdTe水溶液，喷涂在附有潜指纹的客体上，便可得到较为清晰的指纹纹线。,利用荧光纳米颗粒显现潜指纹，可以显现一些阴暗，对比不明显的客体表面的潜指纹，但由于Cd是重金属，为了保证合成及显现操作过程无毒，因此，我们进一步开发了荧光纳米金簇作为荧光显现试剂。,2.3.1潜指纹检测荧光纳米颗粒（半导体量子点）,63,荧光纳米金簇显现潜指纹：,具有强荧光性质的谷胱苷肽-金纳米颗粒，可以制成亲水和疏水的试剂，并且可以用于显现汗、血液潜指纹，不会破坏血液的DNA，是一种理想的荧光潜指纹显现材料。,GSH-Au在水和乙醇溶液中的荧光光谱,GSH-Au在水和乙醇溶液中的荧光图片,2.3.2潜指纹检测荧光纳米颗粒（荧光纳米金簇）,64,长春市公安局朝阳分局刑警大队将我们制备的材料用于案件取证,2.4现场应用研究材料侦察现场的应用,在课题开展研究的过程中，为使研究成果尽快地在实际现场侦察应用中得到评价及反溃，我们积极与应用单位进行了合作，将我们的材料交给长春市公安局刑警大队应用于案发现场的堪察工作中，在应用过程中取得了很好的结果。,65,胶带粘面上的潜指纹,烟熏表面指纹的显现,针对合作应用单位吉林省公安厅物证鉴定中心提出的疑难客体表面潜指纹的提取的问题，例如在绑架人质案中封口胶上、纵火案中受热面和烟熏面以及水果的果皮上指纹的显现等。我们经过大量实验研究，提出了较好的解决方案，并得到了很好的实验结果。在应用过程中，我们能够解决一些利用目前所使用的常规指纹显现方法不可能或很难实现的问题，这些特殊的需求及在现场中的应用结果，证明纳米技术具有其它技术所不具备的优势。,2.4现场应用研究几种疑难客体表面的潜指纹的显现,66,用SiO2和SiO2Ag粉末刷显果皮表面得到的指纹图像,苏忠民等，硫化锌及氧化锌纳米颗粒用于潜指纹显现的方法.申请号：200910066494.2,2.4现场应用研究几种疑难客体表面的潜指纹的显现,67,报告内容,多功能纳米粒子在抗肿瘤药物输送中的应用2.用于潜指纹显现的纳米材料3.多功能纳米材料在水处理方面的应用,68,目前重金属及有机染料的水污染问题受到人们极大的关注。纳米材料比表面积大，导致其表面能和活性增大，吸附能力增强。且可以对水中的重金属进行选择性检测目视识别。纳米材料在水处理领域的应用开发，具有良好的应用前景。,69,海胆状Fe3O4Bi2S3核-壳结构纳米粒子的合成及光催化性能研究,海胆状Fe3O4Bi2S3核-壳结构纳米粒子合成示意图,3.1纳米粒子在催化方面的应用,S.R.Luo,C.G.Wang*,Z.M.Su*etal.J.Mater.Chem.,2012,22,4832.,水热法合成粒径均一的四氧化三铁纳米粒子，它具有多孔结构及较高的比表面能，能吸附硫代乙酰胺（TAA）分子，再加入硝酸铋，超声，逐渐堆积形成海胆形Fe3O4Bi2S3核-壳结构复合纳米粒子。,70,图(A)为粒子堆积型四氧化三铁纳米微球，粒径均一，约为160nm。(B)为Fe3O4Bi2S3核-壳复合纳米粒子扫描电镜图片，可以看出，很多硫化铋纳米棒生长在四氧化三铁表面，平均粒径约为400nm。,四氧化三铁表面包了硫化铋之后,磁性依然较强(3min)，很易于固液分离。图b为降解染料罗丹明B不同时间照片，6h之后罗丹明B降解率近100%,S.R.Luo,C.G.Wang*,Z.M.Su*etal.J.Mater.Chem.,2012,22,4832.,71,首先制备得到Fe3O4SiO2核-壳结构纳米粒子，随后采用一步法在最外层形成了SnO2层，同时刻蚀了模板中的SiO2，最终得到了Fe3O4SnO2蛋黄-蛋壳结构纳米胶囊。,可磁性分离具有催化性能的Fe3O4SnO2蛋黄-蛋壳纳米胶囊的设计,X.Q.Zhang,C.G.Wang*,Z.M.Su*et.al.J.Mater.Chem.,2012,22,13380.,72,由Fe3O4纳米粒子外层包覆SiO2，得到Fe3O4mSiO2核-壳结构纳米粒子,然后通过水热方法，一步得到分散性良好，尺寸均一的Fe3O4SnO2蛋黄-蛋壳纳米胶囊。,Fe3O4SnO2蛋黄-蛋壳结构纳米胶囊的结构表征,X.Q.Zhang,C.G.Wang*,Z.M.Su*et.al.J.Mater.Chem.,2012,22,13380.,73,Fe3O4SnO2蛋黄-蛋壳结构纳米胶囊在催化方面的应用,从罗丹明B的降解曲线看，制备的Fe3O4SnO2蛋黄-蛋壳纳米胶囊催化效果很好。而且，由于磁性核的存在，使得催化剂的分离很方便，减少损失浪费。五次催化循环之后，Fe3O4SnO2蛋黄-蛋壳纳米胶囊仍然保持着很好的催化活性，D是五次催化循环之后，Fe3O4SnO2蛋黄-蛋壳纳米胶囊的透射电镜照片。可以发现，催化前后，纳米胶囊的结构并没有什么改变，这都说明，制备得到的催化剂是十分稳定的。,X.Q.Zhang,C.G.Wang*,Z.M.Su*et.al.J.Mater.Chem.,2012,22,13380.,74,花状-Fe2O3NiO的核-壳纳米粒子的合成及其在水处理方面的应用,A、B分别为四氧化三铁纳米粒子和花状-Fe2O3NiO的核-壳纳米粒子扫描电镜照片。可以看到，核壳结构纳米粒子分散均匀，表面呈花状。,3.2纳米粒子在水处理方面的应用,S.R.Luo,C.G.Wang*,Z.M.Su*etal.submitted.,首先乙二醇与二价镍离子络合形成Ni盐，再加入四氧化三铁后，Ni盐吸附在四氧化三铁的表面。在水热160C，8h,Ni盐水解形成氢氧化镍的壳，再进一步氧化，形成花状-Fe2O3NiO的核-壳纳米粒子。,图A为不同时间纳米粒子对刚果红的吸附情况。30min时吸附量达98.7%，反应快速有效。图B显示最大吸附量约为400mgg-1,这时降解率约为30%。图C为四氧化三铁的磁滞回线证明材料磁性较好，很易于固液分离。而从图D可以看出，该纳米粒子重复利用能力较强，第三次循环吸附量还达88%。,75,S.R.Luo,C.G.Wang*,Z.M