常溫晶種生長(zhǎng)方法制備金納米粒子過程的機(jī)理研究.pdf

1、金納米粒子的制備、性質(zhì)和應(yīng)用研究是科學(xué)史上最古老和最具生命力的研究課題之一。金納米粒子性質(zhì)和應(yīng)用研究的開展很大程度上依賴于粒徑、形狀和晶面可控的金納米粒子制備方法的開發(fā)和改進(jìn)。晶種生長(zhǎng)方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種形狀金納米粒子的可控制備。但是,晶種生長(zhǎng)方法至今仍然存在著一些缺點(diǎn)和不足,例如特定形狀金納米粒子在產(chǎn)物中的含量達(dá)不到性質(zhì)和應(yīng)用研究的要求,多數(shù)制備過程的重現(xiàn)性較差,特定形狀金納米粒子可控制備方法的開發(fā)和改進(jìn)過程缺乏指導(dǎo)性理論等。

2、>　　 究其原因是由于晶種生長(zhǎng)過程是在非平衡條件下進(jìn)行的復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)過程,金納米粒子的形狀不僅僅受到表面晶面特性和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的顯著影響,物質(zhì)和能量的傳遞過程例如物質(zhì)擴(kuò)散過程,表面(電)化學(xué)反應(yīng)過程等都會(huì)很敏感的影響最終產(chǎn)物形狀。迄今為止,晶種生長(zhǎng)過程中金納米粒子形狀控制的詳細(xì)機(jī)理仍不清楚,亟待進(jìn)一步深入和完善。
　　 本論文工作主要圍繞晶種生長(zhǎng)過程中金納米粒子形狀控制的機(jī)理和制備方法研究而開展工作。主要研究結(jié)果如下:
　

3、　 1,初步建立了應(yīng)用離心場(chǎng)研究金納米粒子生長(zhǎng)機(jī)理的方法。應(yīng)用離心生長(zhǎng)過程可以將晶種生長(zhǎng)過程中不同時(shí)間的生長(zhǎng)過程狀態(tài)問題為在離心條件下不同空間位置的生長(zhǎng)狀態(tài)問題。使用離心生長(zhǎng)過程對(duì)納米立方體在晶種生長(zhǎng)過程中的形狀發(fā)展過程進(jìn)行研究,提出了階段性連續(xù)生長(zhǎng)機(jī)理。晶種生長(zhǎng)過程中,小粒徑晶種在長(zhǎng)大過程中經(jīng)歷了從八面體.消角八面體.消角立方體.立方體的形狀發(fā)展過程。同時(shí)納米粒子的形狀控制機(jī)理隨生長(zhǎng)時(shí)間延長(zhǎng)由生長(zhǎng)初期的表面熱力學(xué)形狀控制逐漸轉(zhuǎn)化為傳

4、質(zhì)過程動(dòng)力學(xué)形狀控制直到最后重新回到表面熱力學(xué)形狀控制。晶種生長(zhǎng)過程中出現(xiàn)的單孿晶三角雙錐金納米結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)過程同樣可能表現(xiàn)為階段性連續(xù)生長(zhǎng)方式。根據(jù)此機(jī)理,初步指出了晶種生長(zhǎng)方法中提高特定形狀金納米粒子單分散性和控制納米粒子晶型的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路。
　　 2,加熱老化晶種在十六烷基三甲基溴化銨(cetyltrimethyl-ammoniumbromide,CTAB),氯金酸,和抗壞血酸組成的生長(zhǎng)溶液中可以形成高指數(shù)晶面{hh1)組成

5、的三八面體或消角三八面體金納米粒子。SEM圖像的三維模擬分析方法可以用于大粒徑(消角)三八晶面的晶面密勒指數(shù)分析。金納米粒子形狀是由生長(zhǎng)溶液中晶種用量和抗壞血酸濃度共同決定的,單晶金納米粒子可以實(shí)現(xiàn)消角立方體一立方體一(消角)三八面體的可控制備。產(chǎn)物中金納米粒子的粒徑分布和含量也取決于生長(zhǎng)溶液中晶種用量和抗壞血酸濃度,原因可能是因?yàn)榫ХN在生長(zhǎng)過程中的誘發(fā)成核現(xiàn)象和取向連接行為受到生長(zhǎng)溶液中晶種和抗壞血酸濃度的顯著影響。
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6、,在CTAB,氯金酸和抗壞血酸組成的生長(zhǎng)溶液中,加入硫辛酸分子作為輔助組分,可控制備得到菜花狀和多枝結(jié)構(gòu)金納米粒子。生長(zhǎng)溶液中游離硫辛酸濃度較低時(shí),晶種生長(zhǎng)形成多枝結(jié)構(gòu),隨硫辛酸濃度增加金納米粒子表面枝晶密度增加而枝晶長(zhǎng)徑比相應(yīng)減小,直到發(fā)展為菜花狀結(jié)構(gòu)?？箟难釢舛仍黾蛹{米粒子形狀由不規(guī)則多面體逐漸發(fā)展形成菜花狀和多枝結(jié)構(gòu)。提出了區(qū)域選擇性生長(zhǎng)的形狀控制機(jī)理,即金納米粒子表面CTAB雙層結(jié)構(gòu)由于硫辛酸在金表面的吸附變的無序和疏松,溶液