纳米金修饰电极的制备及其性能研究

纳米金材料的制备技术及应用研究进展作者：陆静蓉朱炳龙李静秦恒飞岳喜龙童霏吴娟樊红杰周全法来源：《江苏理工学院学报》2018年第06期摘要：纳米金材料有着特殊的表面效应、量子效应和宏观量子隧道效应，在电学、磁学、光学和化学性质方面具有常规材料不具备的优越性能。

综述了纳米金的制备方法，介绍了纳米金材料的应用领域。

关键词：纳米金材料;制备技术;应用领域中图分类号：TB383.1 文献标识码：A 文章编号：2095-7394（2018）06-0033-05纳米材料是一种具有与微观原子、分子和宏观物质不同性质的新型材料，在电子、化工、航天等行业得到了广泛的应用。

纳米金是直径为1～100 nm的微小颗粒，通常以胶体的形态存在于水溶液中，其性质主要取决于颗粒的尺寸及其表面特性，当尺寸减小到纳米范围时就会表现出表面效应、量子效应、宏观量子隧道效应等特性。

[1]纳米金酷游独特的光、电、催化等特性，在化工、环境、光学、电子、生物医疗等领域受到广泛关注。

1 制备方法纳米金的制备方法有物理方法、化学方法和生物方法。

物理法主要是通过各种分散技术将金直接转变为纳米粒子，主要有气相法、液相法、高能机械球磨法等，该方法对仪器设备要求较高、生产费用昂贵，得到的粒径分布较广，大大限制了这类方法的应用。

1.1 化学法化学法主要有氧化还原法、微波法、电化学法、微乳液法等，该方法具有粒径可控、生产效率高等优点，是生产纳米金材料的主要途径。

1.1.1 氧化还原法通过向高价金离子溶液中加入还原剂，将金离子还原并制备纳米金颗粒，常用的还原剂有抗坏血酸、柠檬酸钠等。

纳米金颗粒粒径与还原剂的种类、用量等因素有关，通常制备粒径在5～12 nm的纳米金时用白磷或抗坏血酸，制备粒径大于12 nm的纳米金时用柠檬酸钠，纳米金颗粒粒径与还原剂的用量成反比。

[2]周睿璐等[3]以氯金酸为原料、柠檬酸三钠为还原剂，采用经典的柠檬酸三钠还原法制备出纳米金溶液，利用目测法、紫外-可见分光光度法和扫描探针显微镜法对其进行表征，结果表明，纳米金粒子尺寸均匀、呈球形单分散分布。

《贵金属-MXene纳米复合材料的研制及性能研究》贵金属-MXene纳米复合材料的研制及性能研究一、引言近年来，贵金属/MXene纳米复合材料由于其优异的电、磁、光等性能，在能源储存、催化、生物医疗等领域具有广泛的应用前景。

本文旨在研制贵金属/MXene纳米复合材料，并对其性能进行深入研究。

二、贵金属/MXene纳米复合材料的研制1. 材料选择与制备贵金属（如金、银、铂等）具有优异的导电性、催化性能和生物相容性，而MXene作为一种新型二维材料，具有高导电性、高强度和高化学稳定性等特点。

因此，选择贵金属和MXene作为复合材料的组成成分。

制备过程中，首先合成MXene纳米片，然后通过化学还原法或光还原法将贵金属纳米粒子负载在MXene纳米片上，形成贵金属/MXene纳米复合材料。

2. 制备工艺优化为提高贵金属/MXene纳米复合材料的性能，对制备工艺进行优化。

通过调整贵金属前驱体的浓度、反应温度、反应时间等参数，以及采用表面活性剂、还原剂等辅助手段，实现对贵金属纳米粒子的尺寸、形貌和分布的控制。

三、性能研究1. 电学性能贵金属/MXene纳米复合材料具有优异的电学性能。

通过测量复合材料的电导率、电阻率等参数，发现其电学性能随贵金属含量的增加而提高。

此外，MXene的高导电性和二维结构有利于提高电子传输速度和减少电子传输过程中的能量损失。

2. 催化性能贵金属/MXene纳米复合材料在催化领域具有广泛应用。

通过测试复合材料对某些有机反应的催化活性，发现其催化性能优于单一贵金属或MXene。

这主要是由于贵金属和MXene之间的协同作用，以及纳米级粒子提供的大量活性位点。

3. 稳定性与生物相容性MXene的高化学稳定性和生物相容性使得贵金属/MXene纳米复合材料在生物医疗领域具有潜在应用价值。

通过测试复合材料在生理环境中的稳定性以及与生物体的相互作用，发现其具有良好的生物相容性和较低的生物毒性。

四、结论本文成功研制了贵金属/MXene纳米复合材料，并对其性能进行了深入研究。

纳米金的制备所用玻璃器皿置于新鲜配置的王水（浓盐酸和浓硝酸体积比为1:3）中浸泡，超纯水充分清洗干净。

纳米金的制备采用柠檬酸钠还原法[4]。

具体过程如下：于100 mL二次蒸馏水中加入1.0 mL 1%的氯金酸（HAuCl4·4H2O），搅拌加热至沸腾，然后迅速加入3.0 mL 1%的柠檬酸钠，观察溶液由由淡黄色很快变为灰色，继而转变为蓝黑色，最后逐渐变为稳定的红色。

15 min后移去加热装置，继续搅拌冷却至室温。

将制备好的纳米金溶液置于棕色玻璃试剂瓶中，4 ℃下保存备用。

纳米金的粒径和形貌通过透射电镜（TEM，JEM-100CXⅡ）表征，为13 nm左右的球形纳米颗粒（图2.1）。

制备稳定探针修饰的纳米金具体标记过程如下[196]：首先将制得的金溶胶浓缩一倍，于1 mL浓缩的纳米金中缓慢加入18 μL 15.3 μM稳定探针，室温放置16 h后逐滴加入110 μL 100 mM 磷酸缓冲溶液（pH 7.4），随后分两次加入28.5 μL 2 M NaCl进行老化，每次间隔8 h，溶液最终总的一价离子强度（包括K+和Na+）约为0.12 M。

离心分离，最后将沉积物分散于600 μL 10 mM PBS中，4 ℃保存备用。

纳米金标记探针（GNP-Probe）的制备按照文献[244]方法并略有修改。

具体过程如下：将巯基修饰的核酸链（40µL 41.5 µM的P1和160 µL等浓度P2的混合溶液）加入到1 mL金纳米颗粒溶液中。

16 h后，用0.1 M PBS(由0.1 M Na2HPO4和0.1 M KH2PO4混合所得，pH 7.0)将该胶体溶液调节到磷酸盐的浓度为10 mM。

在此后的盐老化过程中，分三次加入一定量的2 M NaCl 和0.1 M PBS混合溶液，使溶液中NaCl的浓度分别为0.1 M、0.2 M和0.3 M，磷酸盐的浓度均为10 mM，每次加完后静置8 h。

076最近几年中，食源性致病菌的爆发已经成为了公众普遍关注的重要公共安全问题。

在众多的食源性致病菌中，大肠杆菌O157:H7尤为引起注意，主要是它能引起威胁生命的并发症，如出血性结肠炎等。

因此，开发相应的可有效检测大肠杆菌O157:H7的方法显得尤为重要。

目前被用于检测大肠杆菌O157:H7的检测方法主要有细菌分离培养法、酶联免疫吸附法（ELISA）以及逆转录聚合酶链式反应（RT-PCR）法等。

这些方法各有各的不足，有的方法耗时长、灵敏度低、成本高，需要实验室环境以及专业操作人员。

最近，免疫传感器（基于抗原抗体结合）在检测大肠杆菌O157:H7中的作用显得越来越重要。

在众多免疫传感器中，阻抗免疫传感器由于其免标记、快速以及可便携化的优势，在检测大肠杆菌O157:H7中的优势也非常明显。

而在免疫传感器方面，依然需要新的电极材料来构建高灵敏度、低成本以及小型化的阻抗免疫传感器。

石墨烯是一种单层碳原子的蜂窝状二维纳米结构，被认为是一种新型以及有效的电极材料。

石墨烯材料的主要特性是有大的比表面积、优异的生物相容性，最为重要的是它可以加速电解质物质和电极之间的电子传递。

另外，金纳米颗粒的独特特性能够为生物分子的固定提供合适的微环境，并加速生物分子与电极之间的电子传递。

在本研究中，我们开发了一种新型的阻抗生物传感器用于大肠杆菌O157:H7的检测，主要基于纳米金修饰的石墨烯纸电极。

通过抗体的固定，新型的阻抗生物传感器对于大肠杆菌O157:H7的检测表现出了良好的分析特性。

一、试验部分1.试剂及仪器。

氧化石墨烯溶液（2mg/mL），购买自先锋纳米（南京）；抗坏血酸、氢碘酸，购买自阿拉丁试剂（上海）；大肠杆菌O157:H7、兔抗-大肠杆菌O157:H7、LB培养基、牛血清白蛋白，均购买自生工生物（上海）。

EDC、NHS，购买自Sigma-Aldrich（美国）；电基于金纳米颗粒修饰石墨烯纸电极用于大肠杆菌O157︰H7的免疫阻抗分析化学工作站，购买自辰华仪器（上海）。

离子液体BMIMPF_6/纳米材料修饰电极的制备与研究由于离子液体与纳米材料具有独特的物理化学性质。

号称化学界绿色溶剂的离子液体电化学窗口宽、能促进电子传递、提高离子导电性和具有良好的生物相容性等优点，而纳米粒子具有比面积高、表面自由能高、吸附能力强的特性。

所以离子液体和纳米材料这些特殊材料是近年来电化学和电分析化学研究领域的热点之一。

本文主要运用离子液体和纳米材料作为修饰物，构建了修饰电极，进行电化学及电分析化学研究。

文章主要研究工作包括：1.以离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐（BMIMPF6）、壳聚糖（CS）、纳米银（Nano-Ag）为修饰剂，制备了Nano-Ag/CS/BMIMPF6/Au/CME，将血红蛋白（Hb）固载在修饰电极表面，离子液体优良的导电性和Nano-Ag高的表面活性和强的吸附性，为Hb的吸附和在修饰电极表面的直接电子转移构建了一个良好的微环境，同时也提高了Hb的电催化活性，并以此制备了具有良好催化活性的过氧化氢（H2O2）生物传感器。

本文研究了修饰电极的特性，优化了修饰电极的实验条件，详细的讨论了Hb在电极上的电子转移机理以及H2O2的电化学行为，并对实际样品中的过氧化氢进行了检测，其结果令人满意。

2.用滴涂法将葡萄糖氧化酶（GOD）修饰到1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐（BMIMPF6）、壳聚糖（CS）、纳米金（Nano-Au）复合材料修饰在金电极表面，制备了GOD/Nano-Au/CS/BMIMPF6/Au生物传感器，用循环伏安法和扫描电子显微镜表征。

对电极的制备条件、电化学性质进行了较为详细的研究。

结果表明此复合材料不仅为GOD提供了良好的微环境,而且通过纳米尺寸效应和离子液体的高导电性,促进电子转移，使GOD具有更高的活性。

该修饰电极可作为葡萄糖生物传感器，其研究对生命科学和临床医学具有十分重要的意义。

在最优条件下，葡萄糖浓度在1.0×10-4～1.0×10-6mol·L-1范围内的有良好的线性关系，其线性方程为：y=0.0871x+37.889（r=0.9995），检出限为3.85×10-8mol·L-1。