● 摘要
随着工业的发展，高浓度有机废水的排放越来越严重，这些废水往往毒性大、难降解且成分复杂，对人类健康以及环境都造成了严重危害。目前，对废水降解的方法有很多，尤其催化氧化法的应用，该方法中金属催化剂的加入可以有效增强其催化氧化性能，提高降解效率。在传统的催化剂筛选过程中，人们往往依据直觉和经验对催化剂进行筛选，导致在筛选过程中，筛选的盲目性很大、筛选效率低、筛选周期长，并且浪费严重，严重的制约催化剂的筛选及新催化材料的开发。
本研究设计了一种新型高通量筛选方法对催化剂进行筛选。整个筛选过程可以一次性完成对成百上千个目标物的筛选，最终选出具有最佳催化性能的催化剂，极大地提高了筛选效率，节约了筛选成本。首先借鉴生物学中基因芯片技术，制备有效排列金属催化剂库的反应芯片，然后将试纸检测法确定为筛选检测方法、并严格按照流程搭建反应发生器，最后通过乙二醇氧化生成酸的模拟实验对整套高通量筛选方法是否可行及准确进行了验证。具体过程及结果如下：
（1）反应芯片的制作。反应芯片的制作主要是将金属催化剂整齐排列固定在载玻片上，实验选用了12种金属作为备选催化剂，通过喷墨打印法将其按设计图案打印在载玻片上，并高温烧结加以固定。为了排列固定好它们，首先制备了超亲疏水阵列基底，该基底的制备可以有效约束金属液滴的沉积位置和沉积面积，提高金属催化剂库的精度。
（2）检测方法的选择。实验使用试纸检测法对反应结果进行检测，试纸检测法不仅简单便捷，而且可以一次性对所有反应点同时进行检测，得到检测结果，满足高通量筛选的要求。实验使用铜版纸制作检测试纸，制成的试纸扩散性小，反应点独立性强，精度高，经过检测精确度分析，证明试纸上的生成点可以体现液滴的分布情况。
（3）实验反应器的搭建。实验反应器主要包括四大部分：喷雾装置、反应装置、检测装置、图像采集记录装置。反应过程中，首先通过喷雾装置将反应溶液雾化成小液滴，均匀地喷洒到反应芯片上；液滴落到反应芯片上之后，将反应芯片迅速放置于密闭的反应装置内，使反应溶液在金属催化剂的催化作用下进行反应；反应结束后使用检测按压装置对反应结果进行检测；最后图像采集记录装置对检测结果进行扫描记录。
（4）模拟实验的运行与分析。实验按照反应流程进行了乙二醇氧化生成酸的模拟实验，通过对检测结果的分析，筛选出8组催化性能最佳的金属催化剂配比，并通过相对宏观实验对该配比是否准确进行了验证，最终证明筛选出的催化剂是确实有效的，也证明了实验设计的高通量筛选方法是具有可行性的。