水介质中C60纳米晶体颗粒的光催化反应活性诱导及其作用机制

C60作为一种新型纳米材料，其环境负效应日益受到关注。C60的光化学反应特性是其具有生物毒性的重要原因之一，但C60在水中形成纳米晶体颗粒后失去了C60分子本身的光化学反应活性，不能产生氧自由基。申请者的已有研究发现，水介质中，非离子表面活性剂Triton X 100能够诱导C60纳米晶体颗粒恢复光化学反应活性，但对其诱导机制及影响因素尚不清楚。本课题拟通过3个方面的研究，包括在表面活性剂及脂质体出现条件下的C60纳米晶体颗粒的物理化学特性（表观形态、大小及表面电荷）及光化学反应活性（1O2和O2o-的产生及动力学）表征；不同水质因素（pH、温度、电解质浓度、搅拌强度）和光照条件对C60纳米晶体颗粒的光化学反应活性诱导效应影响；及表面活性剂及脂质体对C60纳米晶体颗粒光化学反应活性诱导机制（吸附及分子态与聚集态转变）研究，为深入认识C60在水介质中的迁移转化归趋及生物毒性机制提供理论依据。

课题研究了4个方面的内容：包括不同类型表面活性剂（阳离子、阴离子及非离子表面活性剂）对C60纳米晶体颗粒的诱导；不同水质因素（表面活性剂浓度、接触时间、pH和搅拌强度）对C60纳米晶体颗粒的光化学反应活性诱导效应影响；表面活性剂对于C60纳米晶体颗粒光化学反应活性诱导的机制研究；生物系统中，C60纳米晶体颗粒的光化学反应活性诱导。实验结果表明：将不同类型表面活性剂与C60纳米晶体颗粒相互作用后，其中非离子表面活性剂TX100能够诱导C60纳米晶体颗粒恢复光化学反应活性。TX100浓度越大、C60纳米晶体颗粒与TX100混合时间越长会增加光化学反应活性诱导速率，而pH及搅拌强度无明显影响。研究通过紫外-可见分光光谱、TEM、DLS、ζ电位分析、C60纳米晶体颗粒的稳定性研究及荧光光谱分析探究在TX100出现条件下C60纳米晶体颗粒恢复光化学反应活性的原因。紫外-可见分光光谱表明，在TX100出现条件下，C60纳米晶体颗粒在347nm处的典型吸收峰发生明显蓝移，在335nm处出现，是分子态C60的典型吸收峰，表征C60纳米晶体颗粒聚集态的450nm处的吸收峰强度明显降低，表明C60纳米晶体颗粒由聚集态向分子态转变；TEM及DLS的结果进一步证明C60纳米晶体颗粒在TX100出现条件下由聚集状态逐渐被扩散，C60纳米晶体颗粒平均动力学直径由158nm减小到22nm；ζ电位分析表明在TX100出现条件下，C60纳米晶体颗粒的表面电位由TX100决定，由原来的-46mV转变为接近于零。C60纳米晶体颗粒的稳定性研究表明，在TX100出现条件下，C60纳米晶体颗粒更稳定，不能由传统方式进行脱稳提取，不能被传统饮用水处理方式中的混凝-沉淀过程去除，进一步说明C60纳米晶体颗粒的表面被非离子表面活性剂改变；荧光光谱分析表明，C60纳米晶体颗粒能够猝灭TX100荧光，暗示C60进入TX100胶核内部与TX100疏水部分作用。 综合上述机制研究：C60纳米晶体颗粒在TX100出现条件下，由聚集状态向扩散状态转变，并进入表面活性剂胶核内部，是恢复其分子态的光化学反应活性的原因。生物系统中的研究证明了非生物系统的实验结果，C60纳米晶体颗粒与大肠杆菌混合培养条件下，系统中检测到脂质过氧化产物，通过自由基猝灭实验和对比实验表明，在大肠杆菌出现条件下，C60纳米晶体颗粒能够恢复光化学反应活性。