Au和AuPd“超结构”的合成及其光热、光辅助电催化特性

摘要

贵金属纳米材料具有独特的物理化学性质，而且通过调整材料的形貌、大小能够强化或弱化其某些性质以满足实际应用的需要。事实上，在多种领域中仅使用单个纳米颗粒的情形并不多，大多数时候是很多纳米颗粒作为一个整体才能够具有实际作用。如近些年在近红外区域具有强吸收的Au纳米材料广泛应用于肿瘤治疗中，然而小尺寸Au纳米颗粒的吸收光谱主要在可见光区，所以其在肿瘤治疗中应用受限。为了更好地发挥粒子间的集合效应，可控组装纳米粒子为一个整体就成为了纳米技术研究的“热点”。因此，为促进纳米粒子组装技术的进一步发展，本论文以Au和AuPd纳米粒子分别为构筑单元，制备了Au和AuPd纳米颗粒超结构，并研究了其性质和应用。具体的工作内容如下：　　(1)以Au纳米颗粒(AuNPs)为构筑单元，采用水包油(O/W)微乳组装法制备了三维(3D)球状Au纳米颗粒超结构(AuNPST)，并采用定点聚合多巴胺策略，获得了聚多巴胺(PDA)层厚度可控的AuNPST/PDA核壳结构，为构筑稳定纳米粒子超结构提供了新思路和新方法。　　(2)与“裸”AuNPST相比，AuNPST/PDA复合结构呈现出较强的耐酸碱稳定性，并表现出良好的光热转化效应，能够用作光热癌症治疗试剂。实验结果表明：AuNPST/PDA的光热转换效率为33%，高于AuNPST(23%)，且随着PDA厚度的增加，AuNPST/PDA的光热转换效率逐渐增大。在体内与体外光热治疗中，浓度为200mgAuL?1的AuNPST/PDA在808nm激光(1.2 W cm?2)的照射下杀死了80%的癌细胞。采用携带肿瘤的小鼠作为异种移植模型，瘤内注射AuNPST/PDA后，在808nm激光(1 W cm?2)的照射下，肿瘤的生长受到抑制，治疗两周后肿瘤基本上消除，且AuNPST/PDA在小鼠体内对其主要器官和组织未产生明显的毒性。　　(3)以AuPd纳米颗粒(AuPdNPs)为构筑单元，采用水包油(O/W)微乳组装法制备了三维(3D)球状AuPd纳米颗粒超结构(AuPdNPST)，并研究了其等离子电催化性能。结果表明：在碱性条件下，AuPdNPST对甲醇电催化活性是未组装AuPd纳米粒子的4.8倍，商业Pd/C的1.1倍，充分反映了粒子间的协同效应是提供催化活性的一个重要因素。当采用功率密度为40mWcm?2的全波谱可见光进行照射时，与“暗”反应相比，电催化活性提高了40%。此外，由于AuPdNPs在超结构中的有序排布，AuPdNPST表现出优于AuPd和商业Pd/C的催化稳定性。

目录

声明

第 1 章 绪 论

1.1 Au 纳米材料的合成

1.1.1 模板法

1.1.2 自组装法

1.1.3 电化学沉积法

1.2 Au 纳米材料的应用研究

1.3 Au 纳米材料/聚合物的合成及应用研究

1.4 AuPd 双金属纳米材料的合成及应用研究

1.5 本论文的工作内容和创新

第 2 章 AuNPST/PDA 的合成及结构表征

2.1 前言

2.2 实验部分

2.2.1 实验试剂

2.2.2 实验仪器

2.2.3 Au NPs 的合成

2.2.4 AuNPST 的合成

2.2.5 AuNPST/PDA 的合成

2.3 结果和讨论

2.3.1 AuNPST 的结构表征

2.3.2 AuNPST/PDA 的结构表征

2.4 小结

第 3 章 AuNPST/PDA 在光热肿瘤治疗中的应用研究

3.1 前言

3.2 实验部分

3.2.1 实验试剂

3.2.2 实验仪器

3.2.3 稳定性测试

3.2.4 光热升温实验和光热转换效率的计算

3.2.5 细胞毒性和体外光热治疗实验

3.2.6 体内光热肿瘤治疗实验

3.3 结果和讨论

3.3.1 AuNPST/PDA 的稳定性测试

3.3.2 AuNPST/PDA 的光热升温曲线和光热转换效率

3.3.3 AuNPST/PDA 在体内外的光热肿瘤治疗

3.4 小结

第 4 章 AuPdNPST 的合成、表征和光辅助电催化研究

4.1 前言

4.2 实验部分

4.2.1 实验试剂

4.2.2 实验仪器

4.2.3 AuPd NPs 的合成

4.2.4 AuPdNPST 的合成

4.2.5 电化学催化剂的制备过程

4.2.6 电化学实验

4.3 结果与讨论

4.3.1 AuPdNPST 的结构表征

4.3.2 AuPdNPST 对碱性甲醇的电催化性能

4.3.3 光照下 AuPdNPST 对碱性甲醇的电催化性能

4.4 小结

结 论

参考文献

附录 攻读学位期间论文发表情况

致 谢