多孔纳米无机材料的合成及其应用

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1、〇三级博士研究生学位论文刘洋长春应用化学研究所分类号O65密级UDC543编号B0380037031中国科学院研究生院博士学位论文多孔纳米无机材料的合成及其应用刘洋指导教师杨秀荣研究员博士中国科学院长春应用化学研究所申请学位级别理学博士学科专业名称分析化学论文提交日期2006年11月论文答辩日期2006年12月培养单位中国科学院长春应用化学研究所学位授予单位中国科学院研究生院答辩委员会主席苏忠民教授多孔纳米无机材料的合成及其应用专业：分析化学学生：刘洋导师：杨秀荣研究员中文摘要多孔纳米无机材料特别是介孔材料由于它们较大的比表

2、面积，大的孔容积等特点，使得它们在催化、环境、能源、生化、光电器件以及传感等方面都有着巨大的应用前景。因此，发展新型多孔材料特别是介孔材料的合成、改性及其应用前景是人们研究的一个热点。离子液体作为一种“绿色溶剂”，由于它们独特的物理化学性质，使得它们在无机多孔纳米材料中的合成也受到人们越来越多的重视。基于以前的工作，本研究工作的主要内容和创新点表现在以下方面：（1）以疏水型离子液体[Bmim][PF6]为模板在温和条件下，采用无水溶胶凝胶法合成了胺丙基倍半硅氧烷。通过改变离子液体和酸催化剂的量，得到了2-12-1不同比表面积

3、的介孔材料，它们的比表面面积可以在600mg-1500mg之间。该材料呈现Ⅳ型N2吸附-脱附等温线和H2型滞后回线。通过BJH方法计算得到该多孔材料的孔径范围为3.2-5.6nm。（2）利用[Bmim][BF4]离子液体的模板作用和良好的生物相容性，我们制备了离子液体硅凝胶，并用来负载辣根过氧化物酶（HRP）。该离子液体硅凝胶固定的辣根过氧化物酶的生物活性是固载在普通硅凝胶中的30倍。并且该固定化的辣根过氧化物酶具有很好的热稳定性和贮存稳定性。此外，我们还尝试利用该离子液体硅凝胶固定的辣根过氧化物酶构建过氧化氢电化学传感器。

4、该生物传感器具有很好的稳定性和灵敏度。过氧化氢的浓度在0.02-0.26mM的范围内时，该传感器的电流响应与过氧化氢的浓度具有很好的线性关系，检测限为1.1μM。（3）采用[Bmim][BF4]离子液体为模板溶剂，通过溶胶凝胶法我们在温和条件下制备了介孔结构的锐钛矿TiO2。该介孔材料呈现很高的比表面积（1182-1498mg），具有蠕虫状的孔结构特征，并且该介孔TiO2具有很好的热稳定性。而没有添加[Bmim][BF4]离子液体制备的是金红石型TiO2，并且呈微孔孔结构特征。光催化降解实验表明，该介孔结构的TiO2比商品T

5、iO2I（DegussaP25）具有更高的光催化活性。（4）制备了光学透明，无裂纹的介孔锐钛矿TiO2薄膜，并且采用光还原的方法将Ag纳米粒子沉积该介孔TiO2中，得到Ag/TiO2复合薄膜材料。该介2-1孔结构TiO2具有高的比表面积（179mg），颗粒大小约为10nm。掺杂2-1Ag纳米粒子后，比表面积降为157mg。通过共聚焦激光扫描显微镜我们分析了该薄膜介孔材料对大肠杆菌（EscherichiaColi）的抗菌性能。结果表明，该介孔TiO2薄膜的抗菌效率明显高于普通玻璃和商品P25TiO2膜。（5）采用溶胶凝胶法制备

6、了IrO2/SnO2(10%:90%,摩尔比)薄膜电极。没有经过热处理前，该电极材料呈无定形态，在升温到300℃之后，形成水合IrO2晶体和锡石型SnO2晶体。煅烧温度为400℃时，该电极材料具有最高的电化学活性。我们还研究了邻苯二酚在该电极上的电催化性质。差分脉冲-2伏安实验表明，在该溶胶凝胶薄膜电极上，邻苯二酚的浓度在1×10-10mM间时，它的浓度与电流之间有很好的线性关系，邻苯二酚的检测限为-35×10mM。关键词：多孔材料，离子液体，溶胶凝胶，酶固定，光电催化IIPreparationofInorganicNano

7、porousmaterialsandTheirApplicationsYangLiu(AnalyticalChemistry)DirectedbyProf.XiurongYangAbstractPorousmaterialshaveattractedmuchattentionofchemistsandmaterialscientistsduetocommercialinterestintheirapplicationincatalysis,environment,energy,biochemistryandsensingdu

8、etotheirhighspecificsurfacearea,largeporousvolumeandsoon.Thedevelopmentofnovelporousmaterialsaswellastheirsynthesis,modificationandapplicationisa