文档介绍：中国科学技术大学
硕士学位论文
一维功能纳米材料的制备及其在传感器中应用
姓名:周海波
申请学位级别:硕士
专业:无机化学
指导教师:张忠平
2011-05
摘要
摘要
随着社会的快速发展,爆炸物引起的国土安全问题和农药引起的环境问题引
发越来越多的关注。发展对爆炸物和农药的实时、快速、稳定、原位、超灵敏和
高选择性检测是人们一直追求的目标。本文分别制备了两种对上述分析物具有超
灵敏响应的一维功能纳米材料传感器。一种是制备的 Ag 纳米管阵列作为表面增
强拉曼散射(SERS)衬底,采用 SERS 技术达到对爆炸物 TNT 的超灵敏和高选
择性检测;另一种是制备的印迹农药 2,4-D 的聚吡咯纳米项链作为工作电极,采
用电化学方法达到对非电化学活性农药 2,4-D 灵敏和选择性检测。
第一章回顾了一维纳米材料的发展历史、合成方法和应用。另外还全面介绍
了 SERS 技术,包括机理、衬底的制备和应用。
第二章报道了一种基于表面增强拉曼光谱简单、可靠、超灵敏的检测TNT
的方法。在本章中TNT分子能够通过在顶端封闭的Ag纳米管阵列上和PABT形成
电荷转移PABT-TNT配合物诱导电磁非共振分子PABT超高的拉曼增强效应。溶剂
挥发产生的毛细力驱动柔韧的Ag纳米管自接近,在纳米管阵列之间临时性的构
筑PABT-TNT-PABT配合物桥,这种构建导致了络合物的生色团、入射激光和Ag
纳米管的表面等离子体三者完全共振,使PABT的增强因子可以和那些共振染料
的增强因子相比,达到 2×1013。此外由于这种特殊构建拉曼热点的方式,上述拉
曼增强效应可以重复构建。通过这种特殊的拉曼增强机理,我们可以选择性的检
测TNT到 ×10-17 M。这些实验结果为我们提供了一种独特视角来理解SERS,
同时也为检测单分子的TNT提供了一种可能。
第三章报道了一种分子识别-放大电流响应机制简单、可靠、灵敏的检测 2,4-
二氯苯氧乙酸(2,4-D)的方法。溶液中的溶解氧可以预先氧化吡咯形成聚吡咯
低聚物束,在表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的存在下进一步自组
装成的项链状胶束。随后,这些项链般的微结构通过加入过硫酸铵(APS)使残
余的吡咯单体快速聚合而凝胶化,导致了聚吡咯项链形成。同时,2,4- D 通过聚
吡咯骨架和 2,4- D 之间的静电和氢键作用同步印迹在聚吡咯骨架中。印迹的聚吡
咯项链表现出对印迹分子 2,4-D 高容量和快速的吸附动力学,印迹因子达 。
更重要的是,通过印迹位点对 2,4-D 的识别和响应,在电化学测试中能够很好的
放大电流响应,从而为我们灵敏检测电化学非活性分子 2,4-D 提供了原理基础,
检测限达到 100 nM。这种分子印迹策略提供了比传统竞争取代更方便、更简单
和更便宜的进行非电化学活性物质的直接检测的新途径。
关键词:氧化铝模板 TNT 聚吡咯分子印迹技术 2,4-D 表面增强拉曼散射
I
Abstract
ABSTRACT
With the rapid development of society, homeland security issues caused by
explosives and environmental problems caused by pesticides have attracted more and
more attentions. Detection of explosives and pesticides in real-time, fast, stable, in
situ, ultrasensitive and selective has been of press societal concern. In this paper, we
have fabricated two kinds of one-dimensional functional nanomaterials sensors, which
ultrasensitive resonse to aforementioned analytes. One is the preparation of Ag
nanotube array as surface-enhanced Raman scattering (SERS) substrates to achive
ultrasensitive and highly selective detection of explorsive TNT using SERS
technology.