[发明专利]微波快速简便合成氧化铬纳米颗粒的方法及其应用

说明书

本发明公开了微波快速简便合成氧化铬纳米颗粒的方法及其应用。本发明通过微波辅助加热Cr³⁺和柠檬酸盐的混合溶液数分钟，开发了一种简便、快速、绿色、低成本且大规模的氧化铬纳米颗粒的合成方法。合成的Cr₂O₃NPs对各种分子表现出通用的荧光猝灭能力。利用DNA的特异性识别能力构建基于Cr₂O₃NPs的荧光传感系统来检测Hg²⁺，并设计用于实现简单逻辑门操作的分子逻辑计算系统和复杂的逻辑环路。本发明快速且大规模的制备铬基纳米材料提供新思路，并为广泛和深入探索铬基纳米材料的新特性(例如独特的光学性能或模拟酶)和多用途应用(传感、催化、逻辑计算和加密)提供新的机会。

技术领域

本发明涉及氧化铬纳米颗粒制备及应用技术领域，具体涉及微波微波快速简便合成氧化铬纳米颗粒的方法及其应用。

背景技术

由于铬基纳米材料在催化、高级着色剂、电化学超级电容器、生物医学(抗癌、抗菌和抗糖尿病药物)和环境修复等领域中具有潜在的应用前景。由于荧光的高灵敏度和可视化特性，探索纳米材料(例如石墨烯或石墨烯量子点、金纳米颗粒或纳米簇、MoS₂)的荧光特性(例如荧光发射或荧光猝灭能力)并结合生物分子(例如DNA、多肽、抗体)将有助于开发用于疾病诊断和环境监测的荧光生物传感和成像方法，并建立荧光分子信息技术(分子逻辑门、分子认证、密码学等)。例如，一些荧光纳米猝灭剂(如，石墨烯、WS₂、MoS₂、g-C₃N₄纳米片、碳纳米管)和生物分子探针被广泛用于生物传感、医学诊断、分子逻辑计算(如简单逻辑门)等领域。此外，借助分子识别和DNA易于被荧光标记的特性(如T-Hg²⁺-T结合)，开发了一些基于还原氧化石墨烯、铜金纳米簇和石墨碳氮化物(g-C₃N₄)纳米片的纳米传感系统高灵敏度检测Hg²⁺并实现简单的分子逻辑运算。

目前合成铬基纳米材料的方法主要包括生物合成和物理化学合成方法。通过使用植物提取物(如大蒜提取物和H.thebaica的果实提取物)合成氧化铬纳米颗粒(Cr₂O₃ NPs)引起了研究者的注意；然而植物提取物的成分通常很复杂，容易引入不必要的杂质且难以纯化。此外，物理化学合成方法包括水热合成、声化学、固体热分解和激光汽化，但这些方法耗时(数小时至数十小时)、费力、危险(需要真空、惰性气体、或伽马射线辐射)且耗能高(600或800℃高温持续几个小时)。由于它们的制备缺陷(包括复杂、繁琐的操作以及苛刻的条件)限制了它们的实际和广泛应用。此外，有些纳米材料(例如，荧光掺氮碳点(NCDs)、AuNBs@Ag纳米颗粒)利用比色或者荧光的方法检测Hg²⁺，但检出限比较高，且检测范围较窄。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供微波微波快速简便合成氧化铬纳米颗粒的方法及其应用。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

提供微波微波快速简便合成氧化铬纳米颗粒的方法及其应用，包括以下步骤：

(1)配制20mM Cr³⁺水溶液，加热1.5-2.5分钟，得加热水溶液；

(2)当所述加热水溶液沸腾且出现大量均匀气泡时停止加热并将其取出；立即添加柠檬酸钠水溶液，得混合液；所示柠檬酸钠与所述Cr³⁺水溶液中Cr³⁺的比例为10：1-1：1；

(3)继续将混合溶液加热1-2分钟，取出并在黑暗中冷却至室温，得混合物；

(4)将所述混合物离心，得蓝绿色沉淀；

(5)将所述沉淀用水重新分散，即得到纯化的氧化铬纳米颗粒(Cr₂O₃ NPs)。