基于超顺磁纳米粒子-荧光小分子复合材料的重金属离子传感器的设计和性能研究

With the development of science and technology, people's living standards are getting higher and higher, but heavy metal contamination resulting from man's activities has become ever more serious. Developing efficient, economical, convenient, fast and no pollution detection and removal technology of heavy metal ions has important academic significance and application future in environmental, biological and medical science. During the project, we plan to fabricate Mesoporous molecular sieves coated Fe3O4 nanoparticals (Fe3O4@mSiO2), and small heavy metal fluorescent probes will be covalently bonded to the pores of mesoporous molecular sieves, forming small fluorescent probes -functionalized Fe3O4@ mSiO2 core/shell nanocomposite materials for detection, adsorption and removal of heavy metals in aqueous solution. Furthermore, we will explore how the structure and bonded ratio of small fluorescent probes, the pore size and structure of mesoporous SiO2, the magnetic properties and size of Fe3O4 nanoparticles and the thickness of SiO2 shell influence the detection, adsorption and removal properties of heavy metals. This project can provide a simple, efficient, economical and universal method for detection and removal of heavy metals in aqueous solution.

随着科学技术的进步，人们的生活品质越来越高，由人为因素所造成的重金属污染也越来越严重。发展高效、低廉、方便、快捷且无污染的重金属离子的检测和移除技术在环境、生物、医学等学科都有重要的理论意义和应用前景。在本项目中，我们拟设计合成介孔分子筛包覆的超顺磁Fe3O4纳米粒子（Fe3O4@mSiO2），并且把重金属离子荧光小分子探针共价嫁接到介孔分子筛的孔道中，合成一类荧光小分子探针功能化的Fe3O4@mSiO2核壳结构复合纳米材料，用来检测、吸附和移除水体系中的重金属离子。并在此基础上探索荧光小分子探针的结构和嫁接比例、介孔SiO2的孔道结构和尺寸、Fe3O4纳米粒子的尺寸和磁性以及SiO2壳层厚度对重金属离子传感、吸附和移除性能的影响。本项目的开展有可能为重金属离子在水中的检测和移除提供一种简单、高效、廉价、通用的设计方法。

随着全球经济的快速发展，人们的生活品质越来越高，由人为因素所造成的重金属污染也越来越严重，因此，发展对重金属离子的检测和移除技术在环境、生物、医学等学科均有着十分重要的意义。在本项目中，我们合成了介孔分子筛包覆的Fe3O4纳米粒子（Fe3O4@mSiO2），并且把铜离子和汞离子荧光小分子探针组装到了介孔分子筛的孔道中，复合材料用来检测和移除水体系中的铜离子和汞离子。所取得的主要结果如下：.（１）详细探索了合成方法和反应条件对Fe3O4纳米粒子形貌和结构的影响。用溶剂热的方法合成了面心立方结构的Fe3O4纳米粒子，实验结果表明，反应时间、反应温度、反应物组成对Fe3O4纳米粒子尺寸和形貌有一定的影响。低温时球的直径更小，200度容易生成大尺寸的Fe3O4纳米粒子，当用水和肼代替乙二胺时，得到的是立方体形状的Fe3O4。.（２）采用stober方法，用超声和机械搅拌两种手段在Fe3O4纳米粒子的表面包覆了一层SiO2介孔分子筛，得到的核壳结构完美，壳的表面光滑，厚度均匀。用硝酸铵的乙醇溶液萃取模板剂CTAB，萃取之后核壳结构仍然完整。.（３）采用定向反应的方法合成了罗丹明酰肼、罗丹明B-乙二醛以及硫代香豆素类化合物铜离子和汞离子荧光小分子探针，并且把它们组装到了Fe3O4@mSiO2核壳结构的介孔孔道中，在检测范围内复合材料的光致发光强度对铜离子或汞离子浓度呈现良好的线性关系，并且复合材料对外界磁场有比较好的磁响应。.（４）采用反相微乳液法、一步反应法和stober方法合成了基于SiO2的、稀土离子参杂的、有强的荧光的YVO4:Eu3+@SiO2、LaF3:Ce,Tb@SiO2、NaYF4:Yb3+，Er3+@ SiO2核壳结构，并详细研究了它们的发光性质，为这些材料在传感方面的应用奠定了基础。