基于钯(Pd)的纳米复合材料的制备、催化性研究及在生物检测中的应用

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纳米材料的出现为催化和生物分析学科带来了新的发展机遇。其中,钯(Pd)因其出色的催化性能,有望被应用到生物分析和信号放大技术中。然而在我们小组早期的研究工作中发现,单一的Pd颗粒催化活性易受表面修饰物的影响,制约了其在生物分析中的进一步应用。而将其制成纳米复合材料可在一定程度上改善上述问题,更重要的,该结构易与生物分子结合,扩展了其在生物分子检测中的应用。本论文将以纳米催化剂应用于生物分析为出发点,制备三种Pd基纳米复合材料,并探讨了它们在生物分子检测中的可行性。具体内容如下:1.Pd/C纳米复合材料的制备、催化性能研究及在荧光免疫检测方面的应用  以纳米碳球为载体合成了Pd/C纳米复合材料,结构表征显示,Pd颗粒以1nm的平均尺寸均匀分散在碳纳米球表面。利用该催化剂可催化烯丙基氧羰基断裂的特性,构建出一种非酶荧光免疫检测体系。动力学研究显示:(1) Pd/C催化反应不受pH环境的影响;(2) Pd/C催化性质遵循米氏动力学反应规律;(3)催化产物的荧光强度与体系中Pd/C催化剂的浓度成比例并且罗丹明110(Rho110)的合成速率与Pd/C纳米催化剂的浓度成正比。在对hCG模拟实际样本的检测中,经过24 h的孵育,检测限可以达到0.1 ng/mL,并且hCG在浓度范围1~10 ng/mL时,荧光强度和目标抗原浓度近乎呈线性关系。  2.以Pd/GO纳米复合材料为标记的核酸电化学检测方法研究以氧化石墨烯(GO)为载体制备了Pd/GO复合纳米材料,所得Pd颗粒以1nm的平均尺寸均匀的分布在GO薄层上。利用其对NaBH4的电催化氧化特性将其作为DNA检测标记物并应用到DNA电化学检测中。结果表明,利用两段DNA序列杂交法与夹心杂交法都可以很好地区分碱基正错配。对模拟实际样本DNA序列的检测限可达到1 nmol/L。  3.Au-on-Pd HNS的制备及其催化性能研究  利用种子生长法可制备得到柠檬酸钠稳定的钯/金异质结构(Au-on-PdHeteronanostructure,Au-on-Pd HNS)。重点研究了该结构对乙醇的电化学催化氧化和催化NaBH4还原对硝基苯酚的催化性能,并利用Pd纳米颗粒、Au纳米颗粒、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)稳定的PdAu合金以及Pd/Au纳米颗粒物理混合体系进行对照实验。得到如下结论:(1) Pd/Au的摩尔比对控制产物的形貌起关键作用,当摩尔比为Pd∶Au=10∶1,可得到Au-on-Pd HNS。当摩尔比Pd∶Au=100∶1时,Au颗粒只会在部分Pd晶种的表面生长;当摩尔比Pd∶Au=5∶1时,过量的AuCl4-会阻碍了Au颗粒在Pd晶种上的生长,最终得到Pd纳米粒子和Au纳米粒子物理混合产物;(2)在乙醇电化学氧化实验中,Au-on-Pd HNS催化活性高于单纯的Pd或Au纳米颗粒以及PVP稳定的PdAu合金;(3)在催化NaBH4还原对硝基苯酚实验中,Au-on-Pd HNS催化活性低于单纯的Pd和Au纳米颗粒,但高于PVP稳定的PdAu合金。
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