新型金属有机配位聚合物的制备及在微量物质检测上的应用

摘要

金属有机配位聚合物材料是一种具有规律排列的孔洞，高比表面积的材料，在气体贮存、分离方面有着广泛的应用。本论文旨在通过选择贵金属Au为金属中心和双巯基有机配合基为有机桥联配体，设计合成3D结构的多孔金属有机配位聚合物材料，并将其引入到微量物质检测上，探索其在电化学检测和表面增强拉曼检测上的应用，并研究其检测机理。
　　 本论文研究的主要内容为:
　　 1、利用S-Au键强的结合能力和Au的四个有效金属配位点，设计合成了三维多孔Au-thiol配位聚合物。选择1，3-丙二硫醇和氯金酸通过水热法合成Au-thiol polymers材料。通过SEM、HRTEM、EDS、IR和XPS表征了其形貌结构和组分组成，证明了Au-thiol polymers的多孔结构及C，S和Au的元素组成，其结构式可归纳为[-S-(CH2)3-S-Au-]n。
　　 2、采用制备的Au-thiol polymers对玻碳电极进行修饰，实现了对水中Hg(Ⅱ)的选择性检测。通过对Au-thiol polymers修饰的玻碳电极的电化学表征，以及Au-thiol polymers对重金属离子的吸附实验，和对Au-thiol polymers吸附了重金属离子后的X-射线光电子能谱分析和TEM面扫，结合Au-thiol polymers的BET测试异常结果，提出了一种新的Size-Matching选择性检测Hg(Ⅱ)的机理，即在检测过程中重金属离子的溶出峰的强弱依赖于材料孔径尺寸与重金属离子尺寸的匹配度所产生的电子传递通道数量多少。
　　 3、将Au-thiol polymers作为合成SERS活性基底的前驱体，通过对其中Au离子的原位还原，得到了多孔Au结构。由该法制备的多孔Au结构具有高SERS活性和优异重现性的优点，这归因于在制备的多孔Au结构中Au原子间存在相等的间距。多孔Au结构的设计不仅促进了SERS的应用，而且对SERS理论研究特别是hot-spot理论有所帮助。
　　 本论文成功制备了3D多孔结构的Au-thiol polymers，并将其成功的应用于微量物质的检测。研究结果不但增加了金属有机配位聚合物材料的种类，而且拓展了金属有机配位聚合物材料的应用领域。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 概述

1．2 有机金属配位聚合物材料的简介

1．2．1有机金属配位聚合物材料的结构

1．2．2 有机金属配位聚合物材料的特性

1．2．3 有机金属配位聚合物材料的形成机理

1．2．4 有机金属配位聚合物材料的设计

1．3 有机金属配位聚合物的分类

1．3．1 一维的金属有机配位聚合物

1．3．2 二维的金属有机配位聚合物

1．3．3 三维的金属有机配位聚合物

1．4 金属有机配位聚合物材料的应用

1．4．1 金属有机配位聚合物材料应用于气体提纯

1．4．2 金属有机配位聚合物材料应用于气体分离

1．4．3 金属有机配位聚合物材料应用于气体储存

1．4．4 金属有机配位聚合物材料应用于非均相催化剂

1．4．5 金属有机配位聚合物材料新兴应用

1．5 本文研究目的及意义

1．5．1 选题思路

1．5．2 研究内容

参考文献

第2章 Au-1，3丙二硫醇配位聚合物的制备与表征

2．1 引言

2．2 材料的制备

2．2．1 实验药品及仪器

2．2．2 Au-1，3丙二硫醇配位聚合物的制备

2．3 材料的表征

2．3．1 Au-thiol polymers的形貌表征

2．3．2 Au-thiol polymers的透射电镜能谱分析

2．3．3 Au-thiol polymers的红外表征

2．3．4 Au-thiol polymers的X射线光电子能谱分析

2．4 小结

参考文献

第3章 应用Au-1，3-丙二硫醇配位聚合物选择性检测重金属离子

3．1 引言

3．2 修饰电极的制备

3．2．1 实验药品及仪器

3．2．2 Au-thiol polymers修饰玻碳电极的制备

3．3 Au-thiol polymers修饰电极对重金属离子的选择性检测

3．3．1 Au-thiol polymers修饰玻碳电极的表征

3．3．2 Au-thiol polymers修饰玻碳电极对Hg(Ⅱ)的检测条件优化

3．3．3 Au-thiol polymers修饰玻碳电极对Hg(Ⅱ)的检测

3．3．4 修饰玻碳电极和裸玻碳电极对Hg(Ⅱ)的检测的比较

3．3．5 Au-thiol polymers修饰玻碳电极对五种重金属离子的选择性检测

3．4 Au-thiol polymers修饰玻碳电极对重金属离子的选择性检测的机理研究

3．4．1 Au-thiol polymers对重金属离子的吸附研究

3．4．2 Au-thiol polymers吸附重金属离子后XPS表征

3．4．3 Au-thiol polymers吸附重金属离子后TEM mapping表征

3．4．4 Au-thiol polymers材料BET表征

3．4．5 Au-thiol polymers对重金属离子的选择性检测机理

3．5 小结

参考文献

第4章 应用Au-1，3丙二硫醇配位聚合物制备SERS活性基底——多孔Au

4．1 引言

4．2 多孔Au的制备

4．2．1 实验药品及装置

4．2．2 以Au-thiol polymers为前驱体制备多孔Au

4．3 多孔Au的结构表征

4．3．1 多孔Au的形貌表征

4．3．2 多孔Au的的红外表征

4．3．3 多孔Au的X射线光电子能谱分析

4．4 多孔Au的SERS研究

4．4．1 多孔Au的SEES光谱

4．4．2 多孔Au的SERS增强因子

4．4．3 多孔Au的SERS机理

4．5 小结

参考文献

第5章 总结与展望

5．1 本文主要结论

5．2 本文主要贡献及创新点

5．3 需要进一步研究的问题

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果