纳米多孔金在分析化学中的应用进展

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1、本科生毕业设计（论文）题目：纳米多孔金在分析化学中的应用进展学生姓名：系别：化学化工系专业年级：化学工程与工艺班指导教师：12纳米多孔金在分析化学中的应用进展摘要纳米多孔金作为一种新型纳米金属材料，近年来逐渐受到了研究者的广泛关注，其具有比表面积高、导电性好和结构灵活可控等特点。由于其特殊的结构与性质，纳米多孔金在催化、传感、分离、能源等许多领域已得到广泛地应用。本文综述了近五年来纳米多孔金在分析化学中的应用和最新进展。关键词纳米多孔金;分析化学;生物传感器;综述1引言1963年，人们首次利用透射电镜观察了Au-Ag合金腐蚀后的微观结构

2、，发现经过腐蚀处理后的合金呈现纳米多孔形态［1］。此后，虽然有关纳米多孔金的制备和应用的研究被报道过，但直到近几年，特别是采用去合金方法可制备出新颖的纳米多孔金属材料，人们才开始广泛地研究纳米多孔金的制备、性能及在各个领域中的应用［2～5］。纳米多孔金是一种具有纳米级孔结构的金属材料，内部为大量三维相互贯通的纳米级尺度的孔隙和骨架，其不仅有金属的导电性、延展性等特性，也具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和量子隧道效应等纳米材料特有的性质。另外，其多孔结构也使其具有比表面积高、密度低、通透性好、导性高等特点。随着现代科学技术的不断发展

3、，对于纳米多孔金的结构和性能的研究也在不断深入和扩展，目前纳米多孔金已被广泛应用于催化、传感、分离、过滤、生物材料、燃料电池等领域［6～15］。由于纳米多孔金具有独特的孔结构，高的比表面积和良好的导电性，可在分析化学研究领域作为理想的基底材料［16～20］。例如，高的比表面积可以增加电极的活面积和电活性物质的负载量;纳米级孔结构和金属导电性使其对某些物质具有高度催化活性;纳米多孔金还可作为光学信号的增强基底。国内外有关纳米多孔金的综述虽已有报道，但大多数集中于纳米多孔金的制备和性能，对于其在分析科学中的应用却未涉及［3～8］。本文综述了

4、近5年纳米多孔金在分析化学领域，特别是电分析化学中的应用和最新进展，为拓宽纳米多孔金在分析化学中的研究和应用奠定基础。2纳米多孔金的制备纳米多孔金的制备一直是纳米多孔金领域研究的重点。从微观角度而言，孔结构能够明显影响材料的性质，对材料性质的好坏起到关键作用。因此，纳米多孔金孔结构的控制对其性能、应用等方面的研究有着重要意义。纳米多孔金的制备方法主要包括去合金法、模板法和电化学法。2．1去合金法去合金法是利用不同金属之间活性的差异，在腐蚀性溶液中将合金中的一种或多种金属选择性溶解，从而得到单一组分的纳米多孔金［19～21］。去合金后，材

5、料的宏观尺寸通常没有太大的变化，而在微观结构上发生明显变化，12可形成纳米级孔结构(图1)。在金属材料领域中，去合金现象以前一直是要刻意避免的腐蚀现象［22，23］。如今，人们认识到去合金可作为一种制备纳米多孔金属材料的新方法。目前的研究主要集中在Au-Ag合金体系的去合金［24，25］，这是因为金与银能在所有组成下形成完美的单相无限固溶体，同时其具有足够大的标准电极电势差［24］。当银原子被腐蚀溶解时，金原子则在界面上迅速扩散并聚集，最终形成纳米多孔金的骨架［23］。去合金法操作简单方便，成本低，制得的纳米结构比表面积高、结构均匀，且

6、能通过对腐蚀过程的动态调整控制获得的孔径，适合大规模的工业生产。图1室温下在浓酸中通过对Au35Ag65进行去合金腐蚀15min(a)，2h(b)和4h(c)后得到的纳米多孔金的SEM图像［21］Fig．1SEMimagesofnanoporousgoldbydealloyingAu35Ag65inconcentratedacidatroomtemperaturefor15min(a)，2h(b)and4h(c)［21］2．2模板法模板法是将金属通过一定的技术负载在预先制好的模板上，然后通过物理、化学等方法将模板除去，从而获得多孔的目标

7、金属。模板法通常采用离子溶液聚合物模板［26］、胶态晶体模板［27］、生物模板［28］、多孔氧化铝模板［29］等。使用二氧化硅胶体作为模板制备纳米多孔金时，先在二氧化硅胶体上覆盖一层3-巯丙基三甲氧基硅烷，使其自组装形成模板，然后浸入到含有金纳米粒子的甲苯溶液中并取出干燥，通过火焰烧结、化学腐蚀等一系列手段除去模板与其它杂质，制得纳米多孔金［30］。以海胆骨骼作为生物模板，其主要化学成分为CaCO3，先将金属沉积到其骨骼的多孔结构中，再将CaCO3去除，得到多孔金属材料［28］。模板法能较好地控制所得的纳米多孔金的形态尺寸，但由于模板的

8、束缚，只能通过调整模板来调节制得的纳米多孔金的结构，同时还要采用适当的方法除去模板。因此操作较为复杂，限制了模板法的发展。2．3电化学法无论是去合金法，还是模板法，都不使用纯金作为原材料，因此在制备的过程中