化學(xué)專業(yè)畢業(yè)論文ppt

1、Fe3O4-TiO2核殼納米粒子的制備及其表征,學(xué)院：化學(xué)工程與食品科學(xué)學(xué)院專業(yè)：化 學(xué)學(xué)號(hào)：08114021姓名：胡 秀 東指導(dǎo)老師：劉傳銀,研究目的,核殼結(jié)構(gòu)納米磁性顆粒作為一種新型材料, 具有廣泛的應(yīng)用前景, 克服了磁性粒子易于團(tuán)聚、化學(xué)穩(wěn)定性不高、易受氧化、表面羥基不足等缺點(diǎn)。在磁有序納米結(jié)構(gòu)、磁響應(yīng)光子晶體以及磁分離等領(lǐng)域中的巨大應(yīng)用前景的刺激下，磁性納米材料的合成研究受到了越來(lái)越廣泛的關(guān)注。此

2、外，磁性的一維納米結(jié)構(gòu)由于結(jié)構(gòu)單元的空間取向和排列而具有許多嶄新的性質(zhì)，也是制備小型化納米器件的基礎(chǔ)，因此將磁性納米粒子組裝成一維有序結(jié)構(gòu)具有顯著科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。,本文選擇二氧化鈦(TiO2) 作為磁性納米粒的外層材料，一方面，由于TiO2為生物相容性無(wú)機(jī)材料，可增強(qiáng)磁性納米粒的生物可接受性。另一方面，TiO2形成的具有多孔結(jié)構(gòu)的外殼，有利于生物分子和有機(jī)分子的吸附和解離。再者，TiO2具有特殊的催化性能。TiO2作為光催化劑用于水

3、和空氣凈化的研究已廣泛深入，并被認(rèn)為是在水和空氣中分解有機(jī)污染物的最佳半導(dǎo)體光催化劑。 本課題旨在實(shí)現(xiàn)氧化鐵磁性納米粒的制備及改進(jìn)，獲得粒徑均一、形態(tài)穩(wěn)定的磁性納米粒。對(duì)該納米粒進(jìn)行TiO2外殼的包覆研究，并對(duì)所制備的核-殼納米結(jié)(Fe3O4 - TiO2) 進(jìn)行表征。,技術(shù)路線,,實(shí)驗(yàn)材料,實(shí)驗(yàn)藥品：,實(shí)驗(yàn)儀器：,恒溫加熱磁力攪拌器 （CL—3型，鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司）電子分析天平

4、 （北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公祠）高速離心機(jī) （安徽中科中佳科學(xué)儀器有限公祠）電化學(xué)工作站 （CHI660A，上海辰華儀器有限責(zé)任公司)真空干燥箱 （DZF-6020型，上海精密實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公祠）程序升溫馬弗爐 （N7/H，Nabertherm）掃描電子顯微鏡（SEM）（,實(shí)

5、驗(yàn)方法,在二價(jià)鐵和三價(jià)鐵離子溶液中加入絡(luò)合劑檸檬酸和分散劑聚乙二醇（PEG），在堿性條件下采用化學(xué)共沉淀法制備常溫下具有磁性的四氧化三鐵納米粒子，再利用鈦醇鹽( 鈦酸丁酯) 在溶液中水解的方法，在四氧化三鐵納米粒表面形成多孔的TiO2殼層，獲得深棕色Fe3O4-TiO2懸濁液。經(jīng)過(guò)干燥處理后用掃描電鏡（SEM）進(jìn)行納米粒子形貌表征。再在三電極體系中，以裸金電極為基礎(chǔ)電極修飾合成的納米粒子固載血紅蛋白為工作電極，飽和甘汞電極作為參比電極

6、，鉑電極作為輔助電極。掃描電位區(qū)間選擇0.2～-0.8V，掃描速度為40mV/s，在pH=7.0的PBS緩沖溶液體系中進(jìn)行電化學(xué)表征。,實(shí)驗(yàn)步驟,一、四氧化三鐵納米粒子的制備 本實(shí)驗(yàn)采用化學(xué)共沉淀法，將二價(jià)鐵鹽和三價(jià)鐵鹽按一定比例混合，加入沉淀劑(NH3·H2O)，攪拌反應(yīng)即得納米四氧化三鐵。共沉淀過(guò)程中，開(kāi)始滴加氨水時(shí)，有黑色物質(zhì)生成并很快消失，接著產(chǎn)生紅褐色絮狀物，繼續(xù)滴加氨水，溶液由紅褐色逐漸

7、變?yōu)樽厣?，直至變?yōu)樽睾谏?。反?yīng)式為： Fe2++2Fe3++8OH- =Fe3O4+4H2O 將一定量的三價(jià)鐵鹽和二價(jià)鐵鹽以物質(zhì)的量比1.8:1溶解在100mL的去離子水中，注入250mL的三口圓底燒瓶中，加入絡(luò)合劑檸檬酸(濃度約為0.013g／ml)和分散劑PEG(濃度約為0.01g／m1)，在密閉條件下，水浴恒溫25℃，劇烈攪拌下快速加入25％—28％的NH3·H20，再滴加至pH=9～9

8、.5，攪拌15～20min后于恒溫70℃下熟化30分鐘。將初成品冷卻至室溫，靜置一天。離心（10000r/min）后，于真空干燥箱中烘干得黑色粉末。,二、Fe3O4-TiO2核殼納米粒子的制備 將所得黑色粉末（四氧化三鐵納米粒子）分散于去離子水100mL 中，加入異丙醇25mL，于40 ℃恒溫?cái)嚢?0 min，將含有鈦酸丁酯［TPOT，( C4H9O)4 Ti，1.5mmol］的去離子水、乙醇和異丙醇的混合溶液( 40mL

9、，體積比為2: 1 :1 ) 加入反應(yīng)液中，繼續(xù)反應(yīng)20 h，離心( 10000 r/min，5 min) 、去離子水洗滌至中性，于110 ℃ 下干燥，得灰色Fe3O4-TiO2納米粒子粉末。 將所得的灰色Fe3O4-TiO2核殼納米粒子粉末放入瓷坩堝中，將程序升溫馬弗爐的溫度設(shè)定為550℃，待馬弗爐的溫度升至設(shè)定溫度時(shí)，將裝有灰色Fe3O4-TiO2核殼納米粒子粉末的坩堝放入馬弗爐中煅燒5個(gè)小時(shí)，以除去殘留在產(chǎn)物表面的有機(jī)

10、試劑，得到紅棕色的粉末。,三、Fe3O4-TiO2核殼納米粒子固載牛血紅蛋白的初步電化學(xué)研究,1、電極的制備 室溫取20ml的無(wú)水乙醇于小燒杯中→量取4ml的Ti(OC4H9)4加入到無(wú)水乙醇中→磁力攪拌10min得A液;量取3ml36%的冰醋酸和5ml的二次去離子水→將它們加入到20ml的無(wú)水乙醇中→磁力攪拌10min→加鹽酸調(diào)節(jié)PH小于3得B液;邊攪拌B液邊將A液緩慢滴加到A液中，加完后繼續(xù)攪拌，室溫下反應(yīng)1h，得到透明淡

11、黃色的溶膠。 將金電極作為基礎(chǔ)電極，在麂皮上用0.3um的Al2O3進(jìn)行打磨拋光，再將所制備的Fe3O4-TiO2核殼納米粒子分散于Nafion的溶液均勻的涂覆在金電極上，自然晾干備用；然后將10mg/ml的牛血紅蛋白溶液滴涂到電極上于4℃下晾干備用；最后將制備的二氧化鈦溶膠均勻的涂覆在電極上自然晾干保存。,2、電化學(xué)檢驗(yàn) 采用三電極體系，飽和甘汞電極做參比電極，鉑電極做輔助電極，所制備的電極做工作

12、電極，放入0.2mol/L的PBS(pH=7.0)緩沖溶液進(jìn)行循環(huán)伏安掃描。掃描條件：掃描電位區(qū)間0.2～-0.8V，掃描速度40mV/s。,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析,一、Fe3O4和Fe3O4-TiO2納米粒子的磁性表征 Fe3O4為灰色固體粉末，在水或乙醇中經(jīng)超聲分散形成均一的深棕色懸浮液。將永久性小磁鐵置于試管壁一側(cè)，數(shù)分鐘內(nèi)溶液顏色逐漸變淺，懸浮液中顆粒集中于放有磁鐵的管壁一側(cè)，棕色懸浮液變?yōu)闊o(wú)色澄清溶液撤去小磁鐵，

13、將溶液超聲分散，恢復(fù)成深棕色懸浮液。如此往復(fù)3次，具有較好的重現(xiàn)性。相反，雖然煅燒處理后的產(chǎn)物Fe3O4-TiO2納米粒子在水和乙醇中的溶解度大大增加，與Fe3O4納米粒子相比無(wú)肉眼可見(jiàn)的明顯顆粒，成紅色均一、透明、穩(wěn)定的溶液但永久磁鐵無(wú)法將溶液中的納米粒子集中于試管壁，也即該材料經(jīng)煅燒后，常溫磁性和可重復(fù)利用率大大降低。這一差異可能是煅燒前后催化劑粒子狀態(tài)或表面結(jié)構(gòu)發(fā)生變化造成的。,二、Fe3O4和Fe3O4-TiO2納米粒子的掃描電

14、鏡形貌表征圖,Fe3O4和Fe3O4-TiO2納米粒子的掃描電鏡形貌表征圖如圖1和圖2所示。從圖中可以看出，通過(guò)SEM表征結(jié)果，可以觀察到制備的Fe3O4和Fe3O4-TiO2納米粒子的粒徑比較好，表明在本文的實(shí)驗(yàn)條件下制備的Fe3O4和Fe3O4-TiO2納米粒子比較符合要求。SEM 表征結(jié)果也可對(duì)納米材料磁性變化進(jìn)行合理的解釋。Fe3O4在納米級(jí)別下具有超順磁性，其重要特點(diǎn)為在常溫下、外加磁場(chǎng)存在下，納米粒子具有磁性，而在撤除磁場(chǎng)后

15、粒子磁性消失。，復(fù)合納米粒子在煅燒后磁性消失有可能是以下兩個(gè)原因造成。首先，高溫下，F(xiàn)e3O4內(nèi)核結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，激烈的熱運(yùn)動(dòng)使分子電流的有規(guī)則取向被打亂，從而導(dǎo)致磁性的消失，該現(xiàn)象在永久性磁鐵中也常觀察到。其次，由于高溫的燒結(jié)現(xiàn)象使得納米粒發(fā)生嚴(yán)重聚集，復(fù)合材料不再是以單分散的納米粒形式存在，從而失去了Fe3O4納米粒特有的超順磁性性質(zhì)。,三、Fe3O4-TiO2納米粒子固載牛血紅蛋白復(fù)合電極的性能分析,,結(jié)論,成功地用化學(xué)共沉淀法制備

16、了四氧化三鐵的磁性納米粒子，在常溫下具有超順磁性，并且成功的將二氧化鈦包覆在四氧化三鐵納米粒子的表面，制備了較好的磁性核殼納米粒子。利用合成的氧化鐵核殼納米粒子固定牛血紅蛋白，可以實(shí)現(xiàn)牛血紅蛋白的直接電化學(xué)。,致謝,能順利地完成畢業(yè)論文，首先要深深感謝我的指導(dǎo)老師劉傳銀老師。劉老師在論文選題、課題研究、課程學(xué)習(xí)、資料搜集、畢業(yè)論文撰寫等方面傾注了大量的心血和汗水，給予了我巨大的幫助，對(duì)此我將永遠(yuǎn)銘記在心。 我還要感謝我身邊與我