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摘 要

金属纳米团簇（MNCs）是由多原子构成，具有纳米级的纳米粒子，且能在原子和纳米粒子之间产生金属间化合，并且由于其独特的电学、物理和光学性质而引起广泛关注。然而，与广泛研究的Au NC和Ag NC相比，铜纳米团簇（Cu NC）的分析应用相对有限并且仍处于早期阶段。在本次论文中，我们对铜纳米团簇检测Pb² 和Hg² 进行研究，并对其选择性和灵敏度进行探究。

我们通过一步法在水溶液中合成高度水溶性的MSA包覆的铜纳米团簇溶液，然后分别对Pb² 、Hg² 进行检测分析并通过紫外可见分光光度计进行表征，来探究出一种快速、简单、高效地检测出低浓度Pb² 、Hg² 的方法。最后，为了能提高铜纳米团簇的灵敏度，我们在其中掺杂分别Ag² 、Zn² 、与Ni² ，来进行试验。

关键词：铜纳米团簇 双金属纳米团簇 离子检测 选择性 灵敏度

Detection of Pb² and Hg² Based on Copper-based Metal Nanoclusters

ABSTRACT

Medal nanoclusters ,composed of few atoms ,are nano-sized nanoparticles and can provide medal link between atoms and nanoparticles .Many scientists have been interested in them because of their unique electrical ,physical and optional properties .However ,contrast to Au NCs and Ag NCs which have been extensively studied ,analytical application of copper nanoclusters is limited and still at an early age .In this assay ,we focused on the detection of Pb² and Hg² by copper nanoclusters and probe into their selectivity and sensibility .

We synthesized a highly water-soluble MSA-coated copper nanoclusters in aqueous solution by one-step method .After that , in order to explore a fast ,easy and efficient way to detect low concentration of Pb² and Hg² ,both of them were analyzed and detected by UV-Vis spectrophotometer. In the last ,we tried to add few Ag ,Zn² ,Ni² into copper nanoclusters to improve the sensibility of copper nanoclusters .

Key words：Copper nanoclusters; Bimetallic nanoclusters; Ion detection; Selectivity;

Sensibility

目录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 金属纳米团簇的概述 1

1.2 铜纳米团簇的性质研究现状 1

1.2.1 Cu NC的光物理性质 1

1.2.2 Cu NCs的荧光传感 2

1.2.3 Cu NCs的化学发光测定 6

1.2.4 Cu NCs的电化学传感 7

1.2.5 Cu NCs的比色传感 8

1.3 本研究论文的研究目的 8

第二章 实验部分 10

2.1 实验原料和装置 10

2.1.1 实验试剂 10

2.1.2 实验仪器 10

2.1.3 表征仪器 10

2.2 实验步骤 11

2.2.1铜纳米团簇的制备及应用 11

2.2.2 双金属纳米团簇的制备及应用 12

2.2.3 样品表征 12

第三章 结果与讨论 13

3.1铜纳米团簇的检测结果分析与讨论 13

3.1.1 原溶液与探针溶液溶液对比 13

3.1.2探针溶液对Pb² 的检测的动力学分析 13

3.1.3 对Pb² 的比色检测分析 14

3.1.4探针溶液对Pb² 的检测的选择性分析 16

3.1.5探针溶液对Hg² 的检测分析 16

3.1.5机理分析 17

3.2铜基双金属纳米团簇的检测结果分析与讨论 18

3.2.1 铜锌纳米团簇 19

3.2.2 铜银纳米团簇 19

3.2.3 铜镍纳米团簇 20

第四章 结论与展望 21

4.1 结论 21

4.2 展望 21

参考文献 22

致谢 26

第一章 绪论

1.1 金属纳米团簇的概述

金属纳米团簇（MNCs）是由多原子构成，具有纳米级的纳米粒子，且能在原子和纳米粒子之间产生金属间化合^[1]。它们的尺寸与电子的费米波长差不多，这产生了它们类似分子的性质，包括离散电子状态和尺寸依赖性荧光（FL）^[2]。利用这些独特的性质研究者有了许多重要发现，而且近年来因MNC在电子设备、催化、生物成像和化学传感器中使用的独特的电学、物理和光学性质已经引起了科学家的广泛关注。尤其是与量子点和有机染料相比，金属纳米团簇表现出优异的光稳定性、大的斯托克斯位移和环境低毒害性^[3-4]。受金属纳米团簇现有及潜在的应用的启发，它的研究在过去几年中迅速发展起来。迄今为止，由于化学稳定性和简单的合成步骤，贵金属纳米团簇（主要是Au和Ag）得到了广泛关注和应用。例如，银纳米粒子（Ag NPs）能够应用于葡萄糖光学传感器，机理是由于Ag氧化过氧化氢而使吸收减退，这种氧化过程会产生明显的褪色现象。与传统的酶模拟材料相比，Ag NPs显示更多的优势：（1）Ag纳米材料不仅简化了测试步骤，而且降低了成本^[5]。（2）Ag纳米粒子的消光系数越高，校准曲线的斜率越大，敏感性越好^[6]。然而，非常有前景的铜纳米团簇（Cu NCs）却受到较少的关注。事实上，与合成金和银纳米团簇昂贵的金属前驱体相比，合成铜纳米团簇所需要的前驱体相当丰富、廉价，并且有现成的商业来源，而且其具有类似于Au和Ag的高导电性。因此看来，铜纳米团簇更适合于广泛的应用。

1.2 铜纳米团簇的性质研究现状

1.2.1 Cu NC的光物理性质

当金属纳米粒子（NPs）变化为金属团簇时，粒子的属性消失，能带或多或少转化为离散能级。因此，电子的集体振荡被阻碍，金属团簇不产生表面等离子体共振效应，并且显示出独特的光学性质，如分子样吸收和强发光。事实上，Cu NPs的紫外可见吸收主要表现在560-600 nm处的表面等离子共振峰^[7]。然而，与大的Cu NPs显著不同，Cu NC的UV-Vis吸收在216 nm和468 nm之间显示有吸收带的类分子光学跃迁。在紫外可见吸收光谱图上这些类分子的光学跃迁是由于Cu NCs的准连续的能带结构和量子限制效应。类似于Au NC和Ag NC，Cu NC的荧光性质取决于它们的化学环境，包括聚类，溶剂表面封闭剂量以及合成团簇的不同方法。

1.2.2 Cu NCs的荧光传感

荧光Cu NCs通常作为光学探针应用于目标物，如重金属离子、阴离子、小分子和溶液pH，它也具有对生物标记和成像的影响独特的特征，如光学活性、生物相容性和无毒性。

1、Pb² 传感

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