大肠杆菌合成金纳米粒子复合催化剂性能研究

CTAB包被的不同形态纳米金的制备及其抗菌性能研究马亚云;刘梅;李娇;李宣仪;杨宗琪【摘要】本文以CTAB为包被试剂合成了球形、棒状和三角形三种不同形态的纳米金颗粒,研究了它们对金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus,S.aureus)和大肠杆菌(Escherichia coli,E.coli)杀菌性能的差异.通过平板计数法和浊度法;确定了它们对两种菌的最小杀菌浓度(minimum bactericidal concentrations,MBC)和最小抑菌浓度(minimum inhibitory concentrations,MIC).棒状纳米金、三角形纳米金、球形纳米金对大肠杆菌的MIC分别为0.65 μg/mL、3.71 μg/mL、21.21μg/mL,MBC分别为1.30 μg/mL、11.09 μg/mL、21.21 μg/mL;对金黄色葡萄球菌的MIC分别为0.26μg/mL、0.56 μg/mL、2.65 μg/mL,MBC分别为0.52 μg/mL、1.11 μg/mL、2.65 μg/mL.结果表明无论是对大肠杆菌还是金黄色葡萄球菌,棒状纳米金的杀菌效果均高于其它两种形态,并且三种不同形态的纳米金对金黄色葡萄球菌的杀菌效果均优于大肠杆菌.【期刊名称】《聊城大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(032)005【总页数】7页(P64-70)【关键词】纳米金;不同形态;金黄色葡萄球菌;大肠杆菌;抗菌性能【作者】马亚云;刘梅;李娇;李宣仪;杨宗琪【作者单位】陕西师范大学食品工程与营养科学学院,陕西西安710119;陕西师范大学食品工程与营养科学学院,陕西西安710119;陕西师范大学食品工程与营养科学学院,陕西西安710119;陕西师范大学食品工程与营养科学学院,陕西西安710119;陕西师范大学食品工程与营养科学学院,陕西西安710119【正文语种】中文【中图分类】TS207.30 引言食品安全问题已成为当今世界极为关注的公共卫生热点问题，而食源性致病菌是引起食源性疾病的主要原因之一，抗生素的出现在控制这类疾病上发挥了很大作用.然而抗生素的滥用，使得细菌逐渐对传统抗生素产生了耐药性，抗生素耐药性病原体的出现严重危及了人类健康.因此，研究新型、安全、高效的抗菌材料迫在眉睫[1].近年来随着纳米技术的发展，纳米材料的抗菌性研究成为当前研究的一大热点.已报道过的抗菌纳米材料[2]包括纳米化的传统抗菌材料(如纳米化抗生素、纳米化抗菌肽等)、无机金属和金属氧化物纳米颗粒(如金、银、铜、氧化锌等)以及新型表面改性的纳米颗粒.纳米颗粒作为一种新型抗菌药物，被认为具有不同于常规药物的作用机理，与传统抗生素相比，很难诱导细菌产生耐药性，因此成为新型药物研发方向之一，引起了研究人员极大的兴趣[3，4].作为纳米颗粒中极具代表性的金纳米粒子(gold nanoparticles，AuNPs)其应用极其广泛.纳米金以其良好的稳定性、尺寸效应、表面效应、光学效应以及独特的生物亲和性，在催化[5]、生物医学[6]等领域具有广泛的应用.在生物医学领域，“AuNPs”已经成为了一种备受青睐的纳米材料，例如将其广泛应用于生物传感方向[7-9]，药物输送载体[10，11]，不同抗菌药物对纳米金表面进行修饰还可以将其作为一种新型的抗菌药物[3].但是，与得到广泛关注的银纳米粒子的抗菌性能研究相比，对纳米金自身抗菌性能的研究相对较少.2015年Z.Vivian Feng课题组[12]通过在纳米金表面包被不同试剂以获得带不同电荷的纳米金，从而进行抗菌效果的比较，发现负电荷的纳米金基本不具备杀菌效果，而正电荷的纳米金具备杀菌效果，且随着电荷密度的增加，杀菌效果不断增强.2017年，Jelle Penders课题组[13]分别研究了带负电的金纳米微球，金纳米花，金纳米星对金黄色葡萄球菌生长的滞后时间和指数增长率的影响，观察到一种明显的浓度和形状依赖效应.由于形状的变化引起了抗菌效果的显著差异，推测这是由于表面面积较高，表面突起较多，这可能会使金纳米花更容易附着在细菌上，然后使膜破裂，从而导致细胞死亡.十六烷基三甲基溴化铵(Hexadecyl trimethyl ammonium Bromide，CTAB)是合成表面带正电荷的纳米金最为常用的一种包被试剂，同时基于CTAB包被的方法已经被发现可以合成诸如棒、三角形、球形、立方体等众多形状的纳米金[14]，其中棒状、球形、三角形纳米金是稳定性较好、合成方法简单、并且应用较为广泛的典型三种形态的纳米金.基于此我们选择以CTAB为包被剂，表面带正电荷的球形、棒状和三角形三种不同形貌的金纳米颗粒的抗菌活性作为研究对象.本文以CTAB为包被试剂合成了球形、棒状和三角形三种不同形貌的表面带正电荷的纳米金颗粒，并以革兰氏阳性菌中的金黄色葡萄球菌及革兰氏阴性菌中的大肠杆菌为测试菌株，通过平板计数法和浊度法，确定纳米金颗粒对两种菌的最小杀菌浓度和最小抑菌浓度，研究了三种不同形态的正电荷纳米金对测试菌株的抗菌效果，并对其抗菌作用机理进行了探讨.1 实验部分1.1 试剂与仪器氯金酸(HAuCl4)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、硝酸银(AgNO3)、硼氢化钠(NaBH4)、抗坏血酸(AA)、柠檬酸三钠(C6H9Na3O9 )、异丙醇(C3H8O)、无水乙醇(C2H5OH)、氯化钠(NaCl)、碘化钾(KI)、磷酸盐缓冲溶液(PBS)、琼脂粉、脑心浸液培养基(BHI)、肉汤培养基(LB)以上试剂均为市售分析纯，实验用水为超纯水.供试菌株金黄色葡萄球菌(CICC 10384)、大肠杆菌(K12)均购于中国工业微生物菌种保藏管理中心.LDZX-30 KBS立式压力蒸汽灭菌器，上海申安医疗器械厂；YT-CJ-2 D型超净工作台，北京亚泰科隆仪器技术有限公司；DH 4000 II电热恒温培养箱，天津市泰勒斯仪器有限公司；PB-10 Satorius Basic pH Meter，北京赛多利斯科学仪器有限公司；ZD-85 A双功能恒温气浴摇床，江苏省金坛市友联仪器研究所；HC-3018 R高速冷冻离心机，科大创新股份有限公司中海分公司；DF-101 S集热式恒温加热磁力搅拌器，巩义市予华仪器有限责任公司；UV-1800型紫外-可见光谱仪，日本日立公司；JEM-2100型透射电子显微镜，日本 Jeol 公司；Cannon 500 D数码相机，佳能有限责任公司.1.2 纳米金的制备1.2.1 球形纳米金的制备.根据文献[15],在20 mL HAuCl4(2.5×10-4 M)溶液中加入0.0015 g柠檬酸三钠搅拌使柠檬酸三钠浓度为2.5×10-4 M，再加入0.6 mL 冰水配置的NaBH4溶液(0.1 M)，溶液立刻变为粉色，再继续搅拌2-5 h，作为种子液.在200 mL HAuCl4 (2.5×10-4 M)溶液中加入6 g CTAB使CTAB浓度为0.08 M，在45 ℃条件下加热直至溶液变为橘色，冷却至室温，作为生长液待用(注意：若形成结晶则慢慢地用温和的温度溶解).在9 mL生长液中加入0.05 mL现配的Vc(0.1 M)，在剧烈搅拌下加入1 mL种子液，继续搅拌10 min，使其变为深红色，然后在9 ml生长液中加入0.05 mL Vc(0.1 M)，在剧烈搅拌下加入1 mL 深红色溶液，继续搅拌10 min，使其变为棕红色，即可得到粒径为17±2.5 nm 的球形纳米金.后处理：在10000 r/min，30 ℃ 条件下离心15 min，除去上清液，补水至10mL，重复上述离心过程2次，最后将所得的沉积物用水稀释至原体积的一半，并在4 ℃条件下避光保存.1.2.2 棒状纳米金的制备.根据文献方法[16]，在5 mL CTAB(0.2 M)溶液中，加入5 mL HAuCl4(5.0 mM)溶液，搅拌，溶液由亮黄色变为橙色，继续搅拌并加入0.6 mL NaBH4(0.01 M)溶液(现用现配)，搅拌2 min，溶液变为黄棕色，最后将金纳米粒子溶液在30 ℃水浴锅中恒温加热2 h，作为种子液待用.在5 mLCTAB(0.2 M)溶液中，在搅拌的过程中加入0.1 mL AgNO3 (0.004 M)溶液，再加入5 ml HAuCl4(1 mM)溶液，继续加入70 mL AA(0.0788 M)溶液.待溶液变为无色后，加入12 μL晶种.继续搅拌15 min，溶液变为紫色.最后将金纳米粒子溶液在30 ℃水浴锅中恒温加热2 h，溶液变为深蓝色，即可得到棒状纳米金.后处理过程同球形纳米金一样.1.2.3 三角形纳米金的制备.根据文献[17],在37.6 mL水中加入0.4 mLHAuCl4(2.5×10-4 M)和1 mL柠檬酸钠(10 mM)，再加入1 mL冰水配置的NaBH4 溶液(0.1 M)，大力搅拌2 min溶液变为橙红色，再放置2 h，确保未反应的NaBH4 完全水解，制成种子液.100 mL的生长液中包含2.5×10-4 M HAuCl4 溶液和0.05 M CTAB，再往溶液里加入55 μL KI(0.1 M)、0.55 mL Vc(0.1 M)、0.55 mL NaOH(0.1 M)轻轻地搅拌直至溶液变为橘色，冷却至室温，作为生长液待用.在生长液中加入0.1 mL种子液，添加后，生长溶液的颜色由透明变为淡红色，然后在30 min内转为深红色(反应溶液保持在30 ℃)，即得到三角形纳米金.后处理过程同球形纳米金一样.1.3 样品的表征用UV-1800 紫外-可见光谱仪(UV-Vis，日本公司，日本)记录样品的紫外光谱，迅速区分球形纳米金、棒状纳米金与三角形纳米金.用JEM-2100型透射电子显微镜(TEM，日本 Jeol 公司，日本 )观测三种不同形态纳米金的形态和粒径.1.4 抗菌性能的测试以 E.coli和S.aureus 为测试菌种，采用平板计数法及96孔板法来检测纳米金对测试菌种的最小杀菌浓度(MBC)和最小抑菌浓度(MIC).1.4.1 培养基的制备.称取37 g脑心浸出液培养基于1 L蒸馏水中，煮沸使其充分溶解后，调节pH至7.2-7.3，加入15 g琼脂粉(若配制液体培养基则不需要加入琼脂粉)，煮沸溶解后，于121 ℃高压灭菌20 min.灭菌后，于无菌操作台上倾注平板备用.用同样制备方法制备肉汤培养基.1.4.2 菌悬液的制备.从80 ℃冰箱中取出菌冻存管，待菌液溶解后，采用二倍稀释法[18，19]将菌液分别稀释至10-2、10-4、10-6 倍，各取100 μL涂于平板上，在37 ℃下培养18 h.在超净台中，取出20 mL灭菌后的液体培养基转移到100 mL锥形瓶中，用10 μL移液枪吸取一个完整的菌落，将枪头打入锥形瓶中，放入摇床(37 ℃，260 r/min)孵育14 h，之后取5 mL细菌悬浮液于10 mL离心管中，离心 (6000 r/min，2 min)，除去上清液后，加入5 mL生理盐水，混匀后离心(6000 r/min，2 min)，重复两次，再将洗去培养基的菌体中加入5 mL生理盐水，混合均匀后待用.1.4.3 最小杀菌浓度.将稀释到不同浓度的纳米金加到PBS缓冲溶液中，再加入100 μL稀释倍数为2×104的菌液混匀，使反应体系为1000 μL.放入摇床孵育4h后，取出100 μL涂于培养平板上，于37 ℃下倒置培养18 h，观察菌落生长情况.以只有PBS缓冲溶液和菌液的混合液作为实验空白对照.平行实验3次.观察菌落生长情况，以观察到少于5个菌落的样品对应的浓度作为最低杀菌浓度MBC值.1.4.4 最小抑菌浓度.将稀释到不同浓度的纳米金加到液体培养基中，再加入100μL稀释倍数为2×104的菌液混匀，使反应体系为1000 μL.取200 μL加入到96孔板对应区域作为实验组；把实验组的纳米金溶液换成等量的生理盐水，然后取200 μL加入到96孔板对应区域作为阳性对照；把实验组的菌液和液体培养基换成等量的生理盐水，然后取200 μL加入到96孔板对应区域作为阴性对照.将96孔板放入恒温培养箱中，在37 ℃条件下培养24 h，能阻止样品形成明显浊度的纳米金浓度即为最小抑菌浓度MIC.2 结果与讨论2.1 纳米金的表征2.1.1 紫外-可见光吸收光谱分析.图1为纳米金合成之后进紫外-可吸收光谱分析所得，紫外光谱分析显示：球形纳米金吸收峰在520 nm处，棒状纳米金吸收峰在525 nm和604 nm处，三角形纳米金吸收峰在728 nm和928 nm处，三者都与参考文献中的吸收峰基本一致，证实成功合成了球形纳米金、棒状纳米金和三角形纳米金.图1 CTAB包被的球形纳米金(a)、棒状纳米金(b)、三角形纳米金(c)的紫外-可见吸收光谱图2.1.2 透射电镜分析(TEM) .通过透射电镜可以直观的观察到所合成的纳米金的三种不同形态和粒径，如图2所示.从图中可以看出，三种不同形态的纳米金制备成功，并且均相对均匀，粒子之间分散较好.所合成的球形纳米金粒径大约为17 ± 2.5 nm，所合成的棒状纳米金的长度约为52.31 ± 0.86 nm，宽约为22.49 ± 0.56 nm，长径比约为2.3，所合成的三角形纳米金为正三角形，边长为100 ± 25 nm.图2 CTAB包被的球形纳米金(a)、棒状纳米金(b)、三角形纳米金(c)的TEM图2.2 不同形态纳米金的杀菌作用研究2.2.1 球形纳米金最小杀菌浓度.从图3可知，球形纳米金对大肠杆菌的MBC，当纳米金浓度大于21.21 μg/mL时，观察到平板上的菌落数均少于5个菌落，因此MBC为21.21 μg/mL.球形纳米金对金黄色葡萄球菌的MBC，当纳米金浓度大于5.30 μg/mL时，观察到平板上的菌落数均少于5个菌落，因此球形纳米金的MBC为5.30 μg/mL.图3 不同浓度的球形纳米金下大肠杆菌(a)、金黄色葡萄球菌(b)的平板图(纳米金与菌液反应4 h，平板在37℃下培育18 h)2.2.2 棒状纳米金最小杀菌浓度.从图4可知，棒状纳米金对大肠杆菌的MBC，当纳米金浓度大于1.30 μg/mL时，观察到平板上的菌落数均少于5个菌落，因此MBC为1.30 μg/mL.棒状纳米金对金黄色葡萄球菌的MBC，当纳米金浓度大于0.52 μg/mL时，观察到平板上的菌落数均少于5个菌落，因此棒状纳米金的MBC为0.52 μg/mL.图4 不同浓度的棒状纳米金下大肠杆菌(a)、金黄色葡萄球菌(b)的平板图(纳米金与菌液反应4 h，平板在37 ℃下培育18 h)2.2.3 三角形纳米金最小杀菌浓度.从图5可知，三角形纳米金对大肠杆菌的MBC，当纳米金浓度大于11.09 μg/mL时，观察到平板上的菌落数均少于5个菌落，因此MBC为11.09 μg/mL.三角形纳米金对金黄色葡萄球菌的MBC，当纳米金浓度大于1.11 μg/mL时，观察到平板上的菌落数均少于5个菌落，因此三角形纳米金的MBC为1.11 μg/mL.图5 不同浓度的三角形纳米金下大肠杆菌(a)、金黄色葡萄球菌(b)的平板图(纳米金与菌液反应4 h，平板在37℃下培育18 h)2.3 不同形态纳米金的抑菌作用研究2.3.1 金黄色葡萄球菌.以金黄色葡萄球菌作为研究对象，将合成的不同形态纳米金进行稀释，球形纳米金稀释倍数分别为10、20、40、80、160倍，棒状纳米金稀释倍数为1000、2000、4000、8000、10000倍，三角形纳米金稀释倍数为50、100、200、400、800倍，使用稀释倍数对应的纳米金浓度分别进行最小抑菌浓度的测定，其96孔板结果如图6所示.结果显示对于金黄色葡萄球菌，球形纳米金的最小抑菌浓度为2.65 μg/mL，棒状纳米金的最小抑菌浓度为0.26 μg/mL，三角形纳米金的MIC为0.56 μg/mL.图6 CTAB包被的球形纳米金(a)、棒状纳米金(b)、三角形纳米金(c)对金黄色葡萄球菌37 ℃下培育24 h的得到的最小抑菌浓度图(图中数字为纳米金的浓度，单位为μg/mL)2.3.2 大肠杆菌.以大肠杆菌作为研究对象，将合成的不同形态纳米金进行稀释，球形纳米金稀释倍数分别为5、10、20、40、80倍，棒状纳米金稀释倍数为400、800、1000、2000、4000倍，三角形纳米金稀释倍数为30、60、120、240、800、480倍，不同形态的纳米金在不同稀释倍数对应的浓度下进行最小抑菌浓度的测定，其96孔板结果如图7所示.结果显示对于大肠杆菌，球形纳米金的最小抑菌浓度为21.21 μg/mL，棒状纳米金的最小抑菌浓度为0.65 μg/mL，三角形纳米金的MIC为3.70 μg/mL.图7 CTAB包被的球形纳米金(a)、棒状纳米金(b)、三角形纳米金(c)对大肠杆菌37℃培育24 h的得到的最小抑菌浓度图(图中数字为纳米金的浓度，单位为μg/mL)综上所述，通过平板计数法和96孔板法，确定了不同形貌纳米金颗粒对金黄色葡萄球菌及大肠杆菌的最小杀菌浓度(MBC)和最小抑菌浓度(MIC)如下表1所示，可以知道无论是对金黄色葡萄球菌还是对大肠杆菌，三种形态纳米金中棒状纳米金的杀菌效果是最好的，杀菌效果明显大于其它两种形态纳米金的杀菌效果.并且无论是何种形态的纳米金，其对金黄色葡萄球菌的杀菌效果都明显优于对大肠杆菌. 表1 不同形貌纳米金MIC和MBCMBC/μg·mL-1MIC/μg·mL-1E.coliS.aureusE.coliS.aureus球形21.215.3021.212.65棒状1.300.520.650.26三角形11.091.113.700.562.4 抗菌机理的探讨2014年，蒋兴宇课题组[20]就通过转录和蛋白质组学的方法研究了金纳米颗粒对革兰氏阴性菌大肠杆菌的杀菌机制，发现其作用方式有两种，一种是通过破坏细菌细胞膜的膜电位，来抑制ATP酶的活性，降低ATP水平，另一种是抑制核糖体亚基结合转运RNA.并且发现虽然生成ROS是大多数抗生素和抗菌纳米材料杀菌的主要原因，但金纳米颗粒的抗菌活性不会诱发任何与之相关的过程.张鹏等人[21]利用聚乙烯亚胺和牛血清蛋白修饰的金纳米球和金纳米棒来作为基因载体，发现棒状金纳米颗粒的尖端具有较大曲率，导致其电荷密度比球状金纳米颗粒大；而且棒状颗粒大多会通过尖端与细胞膜接触，导致以棒状颗粒作为基因载体时，可有较高的基因转染效率，棒状纳米金由于自身特殊的形态使其在与细菌接触方面有优势.我们的实验结果中，棒状纳米金的杀菌效果较其它两种形态纳米金更好，推测有可能是因为这种特殊的接触方式.纳米颗粒的表面电荷在其抗菌能力上起着明显的作用[22].比如，Angélique团队[23]研究不同的粒子直径和Zeta电位对二氧化钛纳米颗粒的杀菌活性的影响时发现，直径约为相同大小的二氧化钛纳米颗粒，当Zeta电位较高时表现出更强的抗菌效.这表明表面电荷的增强也是一种增强杀菌效果的途径，并且纳米粒子的表面带负电荷，会对表面带负电的细菌有一定的排斥作用[24，25].我们做了Zeta电位来验证本实验中不同形态的纳米金的杀菌效果与电荷密度的关系，棒状纳米金Zeta电位为56.8 mV，球形纳米金Zeta电位为42.1 mV，三角形纳米金Zeta电位为33.2 mV.如图8所示，三种形态的纳米金确实都带正电，且棒状纳米金较其它两种形态纳米金所带电荷密度较高，同时我们实验结果表明相较于其它两种形态，棒状纳米金的杀菌效果更好，这也进一步说明了表面带有正电荷的纳米金会随着电荷密度的增加，杀菌效果不断增强.图8 CTAB包被的球形纳米金、棒状纳米金、三角形纳米金的Zeta电位3 结论采用CTAB包被制备出不同形态(球形、棒状、三角形)的纳米金，将金黄色葡萄球菌和大肠杆菌作为受试菌株进行抗菌研究，从抗菌特性的研究结果中可以很明显的看出，无论是对金黄色葡萄球菌还是大肠杆菌，棒状纳米金的杀菌效果都要高于其它两种形态的纳米金.细菌表面带负电荷，带正电的纳米粒子被表面带负电的细菌所吸引，与细菌的细胞膜接触，破坏细菌的细胞膜从而进入细菌内部杀死细菌.而棒状纳米金从空间效应上更易于与细菌接触，这也是它之所以具有较高杀菌特性的原因.三种形态的纳米金均对金黄色葡萄球菌表现出优于大肠杆菌的杀菌效果，这可能是因为两种细菌的细胞壁不一样所导致的，这些结果为我们进一步开展工作奠定了基础.参考文献【相关文献】[1] Dizaj S M，Lotfipour F，Barzegarjalali M，et al.Antimicrobial activity of the metals and metal oxide nanoparticles [J].Materials Science & Engineering C，2014，44(44)：278-284.[2] 马万顺，崔燕，赵玉云,等.纳米颗粒抗菌机理的研究进展[J].生物物理学报，2010，26(8)：638-648.[3] Zhao Y，Tian Y，Cui Y，et al.Small molecule-capped gold nanoparticles as potent antibacterial agents that target Gram-negative bacteria[J].Journal of the American Chemical Society，2010，132(35)：12349-12356.[4] 李艳华,陈曦萌.石墨烯基银抗菌材料的制备方法及抗菌机理研究[J].聊城大学学报(自然科学版)，2014，27(3)：71-74.[5] Avelino C，Hermenegildo G.Supported gold nanoparticles as catalysts for organic reactions[J].Chemical Society Reviews，2008，37：2096-2126.[6] Prabaharan M，Grailer J J，Pilla S，et 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TiO2纳米粒子的制备及光催化性能研究一、实验目的1. 了解TiO2纳米多相光催化剂的催化原理及其应用;2. 掌握纳米金属氧化物粒子粉体的制备方法；3. 掌握多相光催化反应的催化活性评价方法；4. 了解分析催化剂结构及性能之间关系的方法。

二、仪器与药品四氯化钛(TiCl4)、钛酸四丁酯［Ti(0Bu)4］、罗丹明B盐酸、硝酸、无水乙醇、去离子水、磁力搅拌器、烘箱、控温马弗炉、低速离心机、分光光度计烧杯、离心试管、容量瓶、移液管三、实验原理1. TiO2纳米粒子的制备反应原理本实验采用有机和无机两种钛盐前体来制备TiO2纳米粒子(1) .以钛酸四丁酯Ti(0Bu)4为前体通过溶胶-凝胶法制备TiO2纳米粒子以钛醇盐Ti(OR)4( R为-C2H5, -C3H7, -C4H9等烷基)为原料，在有机介质中通过水解、缩合反应得到溶胶，进一步缩聚制得凝胶，凝胶经陈化、干燥、煅烧得到纳米TiO2, 其化学反应方程式如下：水解：Ti(OR) 4 + nH20 - Ti(OR)(4-n) (0H)n + nROH缩聚：2Ti(OR)(4-n)(OH)n - ［Ti(OR)(4-n)(。

册母。

+ 出0制备过程中各反应物的配比、搅拌速度及煅烧温度对所得TiO2纳米粒子的结构和性质都有影响。

⑵.以四氯化钛(TiCl4)为前体水解制备TiO2纳米粒子由于Ti离子的电荷/半径比大，具有很强的极化能力，在水溶液中极易发生水解。

发生的化学反应方程式如下：TiCl4 + 2H2O >TiO2 + 4HCl制备过程中各反应物的配比、反应温度、搅拌速度、溶液pH值及煅烧温度对所得TiO2纳米粒子的结构和性质都有影响。

2. TiO2光催化原理根据固体能带理论，如图1所示，TiO2半导体的能带结构是由一个充满电子的低能价带(valenee band, VB.)和空的高能导带(conduction band, C.B.)构成。

价带和导带之间的不连续区域称为禁带(禁带宽度Eg)。

g-C3N4基纳米复合材料在光催化领域的研究进展作者：王丽敏吕芳莹宋常超来源：《赤峰学院学报·自然科学版》2020年第10期摘要：g-C3N4是一种新型环保且又廉价易得的非金属半导体材料，被广泛应用于降解环境介质污染物和生产可再生清洁能源等领域。

本文介绍了g-C3N4基纳米复合材料的制备及其在光催化领域的应用，包括光催化降解污染物、光催化制氢、光催化还原CO2等。

大量的研究表明，为进一步扩大g-C3N4复合光催化材料应用，研究者们采用调控形貌、元素掺杂、与其他半导体复合、贵金属沉积、多孔化等多种方法对g-C3N4进行了改性，使得光催化性能有所升高。

关键词：g-C3N4;光催化;降解;产氢;CO2还原中图分类号：O643.36 文献标识码：A 文章编号：1673-260X（2020）10-0008-061 引言随着社会的不断进步和经济的快速发展，解决化石燃料导致的环境污染和能源短缺问题迫在眉睫[1]。

为了实现社会可持续发展，研究者们不断探索绿色、环保、高效的新兴技术。

光催化技术是光能驱动的反应过程，利用催化剂使丰富的太阳能转化为化学能，具有绿色友好、成本低等特点，被认为是最有前途的技术之一。

高效、低成本和易于制备的光催化剂是光催化研究的重中之重，在过去的数十年内，光催化剂多基于金属氧化物、金属硫化物及氧化物的聚合半導体等。

这些半导体在表现出良好性能的同时也对环境造成了污染，且价格较贵[2-4]。

石墨相氮化碳（g-C3N4）是一种二维层状结构的无金属聚合物型半导体，由丰度高的元素组成，层与层之间以范德华力相结合。

因其具有良好的可见光响应性质、高的热和化学稳定性、结构形态易调控、无毒、容易制备、廉价易得等众多优势，自2009年首次[5]发现它应用在可见光照下分解水产氢气和氧气以来，引起研究者的广泛关注。

但是，g-C3N4与其他传统光催化剂（金属氧化物、金属硫化物）一样，具有光生电子-空穴复合率高、可见光吸收范围窄等缺点。

《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摘要：随着科技的不断发展，纳米材料的研究已成为当今科学界关注的焦点。

本篇论文致力于探索一种新型的贵金属/MXene纳米复合材料，通过对材料的合成、表征以及性能的深入研究，揭示了其在诸多领域潜在的应用价值。

一、引言贵金属因其独特的物理和化学性质，在众多领域中都有着广泛的应用。

而MXene作为一种新兴的二维材料，因其优异的电学、热学和力学性能，也受到了科研人员的广泛关注。

将贵金属与MXene结合，形成纳米复合材料，有望进一步提升材料的综合性能。

二、贵金属/MXene纳米复合材料的研制1. 材料选择与制备方法本部分详细描述了贵金属/MXene纳米复合材料的制备过程。

包括原料的选择、制备工艺的确定以及实验条件的控制等。

通过化学气相沉积法、溶胶凝胶法等手段，成功制备出具有优异性能的贵金属/MXene纳米复合材料。

2. 材料表征通过X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等手段，对制备出的贵金属/MXene纳米复合材料进行表征。

从微观结构上分析材料的组成、形貌以及尺寸分布等。

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导率和电化学性能。

通过电导率测试、循环伏安法等手段，研究材料的电学性能，并探讨其在实际应用中的潜力。

2. 磁学性能对贵金属/MXene纳米复合材料的磁学性能进行研究。

通过磁化曲线、磁滞回线等手段，分析材料的磁学特性，为进一步应用提供理论依据。

3. 催化性能研究贵金属/MXene纳米复合材料在催化领域的应用。

通过催化实验，探讨材料在化学反应中的催化活性、选择性以及稳定性等。

四、应用领域探讨结合贵金属/MXene纳米复合材料的优异性能，探讨其在能源、环保、生物医学等领域的应用潜力。

如作为锂离子电池的电极材料、催化剂、生物传感器等。

五、结论本论文成功研制出贵金属/MXene纳米复合材料，并通过一系列实验手段对其性能进行了深入研究。

《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。

金属纳米粒子增强的难熔金属基复合制品的制备与性能研究随着科技的进步和工业领域对新材料需求的增加，复合材料越来越受到研究人员的关注。

其中，金属基复合材料因其优异的力学性能和独特的物理化学性质，在航空航天、汽车制造、电子设备等领域具有广泛的应用前景。

然而，难熔金属的高熔点和粗大晶粒限制了其力学性能的发挥，因此，如何通过增加纳米粒子来改善难熔金属基复合材料的性能成为当前科技研究的热点之一。

制备难熔金属基复合材料的首要任务是合理选择增强相材料和基体金属。

增强相材料通常选择高强度、高硬度、高熔点的纳米粒子，如碳化物、氮化物、氧化物等。

基体金属则应具备良好的延展性、塑性和可加工性。

在选择材料的同时，还要考虑到它们的化学相容性和界面相互作用，确保充分的相互结合并抑制相互反应的发生。

金属纳米粒子通过增加难熔金属基复合材料的界面强度和晶界强化效应，从而有效提高了复合材料的力学性能。

研究表明，纳米粒子可以抑制晶体的滑移与位错运动，阻碍晶界的渗透和扩散，从而提高材料的力学强度和硬度。

此外，纳米粒子还可以拦截和扩散高能位错的传播，形成复杂的位错结构，阻碍维氏位错的扩展，有效提高材料的耐磨损性能。

在制备金属纳米粒子增强的难熔金属基复合材料时，常用的方法包括机械混合、湿法合成、溶胶-凝胶法等。

机械混合是一种简单易行的方法，通过机械力将基材与纳米粒子进行混合以制备复合材料。

湿法合成是在液相中反应生成纳米颗粒，再与基材进行烧结或熔化制备复合材料。

溶胶-凝胶法则是将金属酸盐和氧化剂在溶胶中反应生成金属氧化物凝胶，再还原烧结得到金属纳米粒子。

难熔金属基复合材料的性能研究主要包括力学性能、耐热性能、电子性能等方面。

力学性能是评价金属基复合材料的重要指标之一。

通过纳米粒子的增加，可以有效提高复合材料的强度、硬度和韧性，使其具备更好的抗拉、抗压和抗疲劳能力。

耐热性能则是评价金属基复合材料在高温环境下的稳定性和性能退化程度。

纳米粒子的引入可以有效提高材料的高温抗变形能力和抗氧化能力。

聚多巴胺微纳米球制备及金属纳米粒子修饰研究一、本文概述本文旨在探讨聚多巴胺微纳米球的制备方法，以及如何通过金属纳米粒子修饰来进一步优化其性能。

聚多巴胺微纳米球作为一种具有优良生物相容性和多功能性的材料，在生物医学、药物递送、生物传感器等领域具有广泛的应用前景。

然而，其性能的提升和功能的拓展仍需要深入的研究。

因此，本文将对聚多巴胺微纳米球的制备过程进行详细阐述，同时探讨金属纳米粒子修饰对其性能的影响，以期为未来聚多巴胺微纳米球的应用提供理论和实践指导。

本文将介绍聚多巴胺微纳米球的基本性质和应用背景，为后续研究提供理论基础。

接着，将详细介绍聚多巴胺微纳米球的制备方法，包括原料选择、反应条件优化等方面，以便读者能够了解并重复实验。

在此基础上，本文将探讨金属纳米粒子修饰对聚多巴胺微纳米球性能的影响，包括金属纳米粒子的种类、尺寸、修饰方法等因素对聚多巴胺微纳米球性能的影响。

本文将总结研究成果，展望未来的研究方向和应用前景，为相关领域的研究者提供参考和借鉴。

二、材料与方法本研究所使用的主要材料包括多巴胺盐酸盐、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、乙醇、去离子水等。

多巴胺盐酸盐是制备聚多巴胺微纳米球的关键原料，其含有的儿茶酚基团和氨基基团可以在碱性环境下自聚合形成聚多巴胺。

PVP作为表面活性剂，有助于控制微纳米球的尺寸和形态。

乙醇和去离子水用于配制反应溶液。

将多巴胺盐酸盐溶解在去离子水中，加入适量的乙醇和PVP，搅拌均匀。

然后，将混合溶液在室温下搅拌一定时间，使多巴胺盐酸盐充分自聚合形成聚多巴胺微纳米球。

通过离心和洗涤得到纯净的聚多巴胺微纳米球。

为了对聚多巴胺微纳米球进行金属纳米粒子的修饰，我们首先选择了几种常见的金属盐，如银氨溶液、氯化金等。

将聚多巴胺微纳米球分散在含有金属盐的水溶液中，利用聚多巴胺中的儿茶酚基团对金属离子的强吸附能力，使金属离子在微纳米球表面还原成金属纳米粒子。

通过控制反应条件和金属盐的种类，可以实现对聚多巴胺微纳米球表面金属纳米粒子的种类、大小和分布的控制。

纳米金粒子制备及应用研究进展纳米技术在21 世纪将发挥极为重要的作用,是未来纳米器件、微型机器、分子计算机制造的最可能的途径之一。

纳米材料学作为纳米技术的重要组成部分也将会受到更广泛的重视。

科学家们利用纳米颗粒作为结构和功能单元,可以组装具有特殊功能如特殊敏感性和光、电、化学性能的纳米器件。

金属纳米颗粒由于其在量子物理,信息存储,复合材料等方面的潜在应用而引起了人们的注意。

其中,金纳米粒子由于其优异的导电性能,良好的化学稳定性及其独特的光学、催化特性而吸引了更多的目光。

这主要是因为:金是一种惰性元素,其化学稳定性良好;金和硫元素之间可以形成一种非常稳定的键合作用,这有利于在其表面组装带有各种官能团的单分子层。

由于纳米金粒子这些特有的化学性能以及独特的光、电性能,自上世纪80 年代至今,化学界对纳米金粒子的应用及其功能化研究方兴未艾。

本文综述了近年来纳米金粒子的制备及应用研究进展。

纳米金粒子的制备方法一．化学还原法制备法超细金粉制备原理:将金化合物的适当溶液通过化学还原而得到单质金粉.1.抗坏血酸为还原剂生产超细金粉工艺①王水溶金将黄金用去离子水冲洗,在置于稀硝酸中煮洗5~10min后,适当加热以启动反应,当反应较为平缓后,可再加入少量王水,直至大部分尽快获金粉溶解.反映结束时应保证体系中有少量未反应的黄金存在,即在投料时必须保证黄金的过量.②浓缩,赶硝将溶金液倾入另一烧杯中，用水洗净未反应的金块或金粉，转入下一循环使用。

洗液并入溶金液。

加热并在此过程中滴加浓盐酸以赶尽氮氧化物，过滤，滤液转入旋转蒸发皿进行浓缩结晶，然后配成适当浓度的水溶液。

③还原将抗坏血酸配成饱和溶液，在不断搅拌下，将氯金酸溶液滴加到抗坏血酸溶液中，滴加完毕后继续搅拌1h，静置沉降。

④清洗、干燥和筛分将上层清液倾出，用水和乙醇以倾析法清洗金粉。

所得金粉置于真空干燥。

冷却后，将金粉过筛分级，得到不同粒度的球形金粉末。

2.Na3C6H5O7 柠檬酸钠为还原剂制得纳米金颗粒粒径在15-20nm 之间Na3C6H5O7 为还原剂时，柠檬酸钠与氯金酸的摩尔比为1.5：1 时最佳；采用HAuCl4 溶液加入到加热的Na3C6H5O7 与聚乙烯吡咯烷酮(PVP)混合溶液Na3C6H5O7 溶液加入到室温的NaBH4 与PVP 混合溶液制得的纳米金溶胶的颗粒分散性好，粒径小且更均一。