三元双面纳米结构Au@ZnO@ZIF-8:同时实现甲醛的室温监测与清除

文章概述

甲醛等挥发性有机化合物(VOC)是室内主要的空气污染物之一,严重危害人体健康和生活质量。目前针对VOC的精确监测和有效祛除还存在较多难点,例如,常见的半导体气体传感材料(如ZnO等)往往需要高温条件,而且选择性较差。弗吉尼亚联邦大学Wei-Ning Wang 和中国石油大学曾景斌教授等提出一种利用等离子体激元纳米粒子-半导体-金属有机框架(Au@ZnO@ZIF-8)三元双面纳米结构,实现对VOC的同时检测和清除。由于不同组分的三元协同效应:即Au纳米粒子的等离子共振效应、ZnO的高电导率和光催化作用、ZIF-8的气体吸附能力,这种双面纳米结构可有效实现室温下对甲醛分子的选择性传感检测,而且可同时对甲醛分子进行光催化降解。

文章引用信息

Dawei Wang . Zhiwei Li . Jian Zhou . Hong Fang . Xiang He . Puru Jena . Jing-Bin Zeng . Wei-Ning Wang,Simultaneous Detection and Removal of Formaldehyde at Room Temperature: Janus Au@ZnO@ZIF-8 Nanoparticles. Nano-Micro Lett.(2018)10:4.https://doi.org/10.1007/s40820-017-0158-0

作者介绍

曾景斌,中国石油大学(华东)副教授。主要从事样品前处理分离介质与方法的开发及在食品安全、环境监测、生物分析方面的应用;金、银纳米材料、量子点、碳点的可控制备及在环境污染物与生物活性分子光学传感方面的应用。石油大学工作期间,已经在ACS Applied Materials and Interface, Chemical Communications、Nanoscale、Journal of Chromatography A、Analytica Chimica Acta、Analyst、Sensors and Actuators B等国外重要学术期刊发表SCI收录论文二十余篇。目前主持国家自然基金、山东省中青年科学家奖励基金、国家博士后基金(二等)、中央高校自主创新项目、青岛市科技计划、重质油国家重点实验室开放课题各1项。于2014年5月入选中国石油大学(华东)“青年骨干教师建设工程”。

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图文导读

图 1  a) Au NRs@ZnO@ZIF-8的各向异性合成示意图,b) HCHO的选择性检测

图 2  a) Au@ZnO核壳纳米颗粒的TEM图像,b) Au@ZnO@ZIF-8煅烧前的TEM图像,c) Au@ZnO@ZIF-8煅烧后的TEM图像,d) b,c的XRD谱图,e) a,b,c和纯金纳米颗粒的紫外-可见吸收光谱

图 3  Au@ZnO@ZIF-8煅烧 a) 5 min, b) 20 min, c) 30 min的TEM图 , d) pH值、去质子化率曲线与及时间, e) a,b,c对应样品的XRD图谱 ,f) Au@ZnO和Au@ZnO@ZIF-8的尺寸时间图(小图是表示在特定的时间获得的产品的TEM图像), g) CTAB和Au@ZnO煅烧前及300℃、空气中煅烧2h后的红外吸收光谱

图 4  甲醛检测实验装置

图 5  a) Au@ZnO@ZIF-8对甲醛浓度从0.25到100ppm的动态响应恢复, b) 样品 I、 II、III的氮吸附等温线,c) 不同的样品甲醛浓度的传感器响应图(插图是不同样品的典型TEM图像),d) 吸附在ZnO表面和 e) ZIF-8内部的一个甲醛分子的优化结构

图 6  a)样品I,b) 样品II, c) 样品III的时间分辨DRIFTS光谱, d) 其相应的甲醛吸附动力学,蓝曲线代表了样品II甲酸的生成动力学,e) Au@ZnO NPs局部电磁场的增强 ,f) 甲醛转化为甲酸的氧化机理

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