功能化纳米材料在比色分析中的应用开题报告

1. 研究目的与意义

比色分析是基于溶液对光的选择性吸收而建立起来的一种分析方法。有色物质溶液的颜色与其浓度有关，溶液的浓度越大，颜色越深。比色分析一般利用紫外可见分光光度计测定体系特征颜色变化，进行定性定量测定。该类分析方法检测限低，灵敏度高，准确度好。

h₂o₂作为多种生物过程的副产物，是细胞生命的指示剂。开发灵敏度高、检测限低和响应范围宽的分析方法用于h₂o₂的检测，一直备受研究者关注。用酶催化h₂o₂氧化显色底物四甲基联苯胺(tmb）是一类重要的h₂o₂比色传感器，然而由于天然酶对环境要求苛刻、成本高和固定过程复杂等，限制了其应用范围。为了克服天然酶这些缺点，人们发展了贵金属如au、pt、pd、ag等及其合金的纳米粒子替代天然酶。纳米材料由于具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应和介电限域等基本特征，导致其具有一些独特的优点。一方面，纳米材料赋予了纳米模拟酶除催化活性之外的其它性能(如光学、电学、磁学等性能)，这使得纳米模拟酶具有双重甚至多重的功能；另一方面，纳米材料大的比表面积和丰富的表面化学性质使得纳米模拟酶易于化学修饰和连接各种生物分子，便于构建生物探针和传感器；此外，纳米模拟酶的催化活性与其尺寸、形貌、组分、表面修饰层等密切相关，这为其催化活性的有效调控提供了可能。但是，贵金属纳米材料的高成本问题仍然存在，因此迫切需要开发成本低和性能高的非贵金属纳米模拟酶，用于实际应用中h₂o₂的比色检测。

人们发现了一些非贵金属纳米模拟酶如铁磁性纳米颗粒、富勒烯衍生物、石墨烯衍生物和稀土纳米颗粒具有令人意想不到的模拟生物酶的特性。根据纳米材料的组成性质，非贵金属纳米模拟酶大致可归纳为两类：1．过渡金属基纳米模拟酶：如氧化铁、硫化铁、硒化铁等铁基纳米模拟酶，以及二氧化铈纳米粒、二氧化锰纳米颗粒、硫化铜纳米粒、氧化铜纳米粒、四氧化三钴纳米颗粒、五氧化二钒纳米线、硫化镉纳米粒等其他过渡金属纳米模拟酶；2．碳基纳米模拟酶：如碳纳米管、氧化石墨烯、碳纳米点等。自从非贵金属纳米模拟酶被报道以来，越来越多的纳米模拟酶相继涌现。yan等发现三种不同尺寸(30，50，300 nm)的fe₃o₄磁性纳米颗粒都具有类辣根过氧化物酶(hpr)的活性,均可以在h₂o₂存在的条件下将四甲基联苯胺(tmb)催化氧化为蓝色产物。其它两种底物二氨基联苯胺(dab)和邻苯二胺(opd)，也可以被催化氧化为相应颜色的产物。huang等发现cofe₂o₄纳米颗粒具有类过氧化物生物酶的性质，并利用此性质完成了对过氧化氨和葡萄糖的检测。chen等发现cuo纳米颗粒具有类过氧化物酶活性，与hpr和其它纳米模拟酶相比, cuo纳米颗粒对tmb有更强的亲和力。后来其用快速沉降法制备了粒径大小为6 nm的cuo纳米颗粒，并且发现其对过氧化氨有更高的亲和力，因此该材料表现出了比商业化生产的cuo纳米颗粒更好的类过氧化物酶活性。最后，利用该纳米模拟酶的类过氧化物酶的性质完成了对过氧化氨和葡萄糖的检测。dong等以氯高铁血红素作为类过氧化物酶首次合成了功能化石墨烯/氯高铁血红素复合纳米材料。此复合材料可以催化四甲基联苯胺、二胺盐、和邻苯二胺与过氧化氨的氧化反应使其转化为相应的有色产物，说明此复合材料具有类过氧化物酶活性。quan和wang小组研究结果表明其它的纳米物质也可以与石墨烯结合而形成石墨烯复合纳米材料，并且石墨烯与纳米物质之间的协同作用会使复合纳米材料的类过氧化物酶活性增强。

2. 研究内容和预期目标

按照文献的方法，以氯化亚铜为原料采用水热法合成CuS纳米片材料，再通过氮气保护下机械搅拌合成CuS和GQD的纳米复合材料，通过比较CuS纳米片材料、GQD以及复合成的GQDs/CuS检测H₂O₂在自来水、牛奶等常见溶液中的含量，比较复合成的材料的比色性能。

3. 研究的方法与步骤

1. 合成cus纳米片

室温下，称取0.92 g硫脲和0.85 gcucl₂·2h₂0，置于容量为50 ml的烧杯中，加入40 ml的乙醇，边加热边搅拌至完全溶解，再把溶液转移到50 ml聚四氟乙烯水热反应釜中，把反应釜密封起来，将其放入恒温干燥箱于140 °c加热8 h。反应结束以后,自然冷却至室温,产品离心分离，并用去离子水多次洗漆,最后在恒温干燥箱中90 ℃干燥4 h，得到黑色粉末。

2.制备gqds

4. 参考文献

[1]曲丹. 掺杂型石墨烯量子点的制备及其应用研究[d]. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 2017.

[2]zhang l, hai x, xia c, et al. growth of cuo nanoneedles on graphene quantum dots as peroxidase mimics for sensitive colorimetric detection of hydrogen peroxide and glucose[j]. sensors actuators b chemical, 2017, 248:374-384.

[3]马艳华. 新型纳米酶的制备及其应用研究[d]. 兰州大学, 2015.王力立. 基于石墨烯量子点的纳米荧光探针构建及生物传感应用[d]. 湖南大学, 2015.

5. 计划与进度安排

1 (第一周) 接受任务，查阅论题相关文献，进行资料收集，了解论题所研究的背景以及研究目的，拟好开题报告的大纲。

2（第二－三周） 按照大纲开始编写开题报告，细化实验步骤并完成开题报告，同时开始英文文献的翻译工作，进入实验室检查药品以及仪器是否齐全，为毕业实验做好准备工作。

3（第四－十三周） 开始毕业论文实验，按方法步骤依次合成cus纳米片、gqds 、gqds/cus分散液以及tmb显色液，对这些材料进行紫外分析，并详细记录和及时处理合成分析过程中所得到的数据和图表。