金納米材料的形貌可控制備及其性能的研究.pdf

1、金納米材料的特殊性質(zhì)和潛在應(yīng)用與它的形貌(包括尺寸和形狀等)密切相關(guān)?；谝合嗷瘜W(xué)法的金納米材料的形貌可控制備已成為材料研究領(lǐng)域的熱點，人們發(fā)展了許多關(guān)于具有全新特性的不同形貌的金納米材料(如納米棒、納米線、納米片等)的制備方法。然而，就大部分已發(fā)表的工作來看，合成中通常需要額外加入模板、表面活性劑或吸附劑等，多種有機(jī)物的引入使得納米顆粒的生長過程趨于復(fù)雜，顆粒的生長機(jī)理難于解釋清楚。選擇以簡單的方式合成具有新形貌的金納米材料成為人們關(guān)

2、注的重點。本論文以此為目的，通過調(diào)節(jié)反應(yīng)參數(shù)(如選擇弱還原劑、降低反應(yīng)溫度、改變反應(yīng)物濃度等)以減慢反應(yīng)速率，使納米粒子的成核與生長趨于受動力學(xué)控制，提供生成非熱力學(xué)控制生長的各向異性結(jié)構(gòu)的可能，探索僅有金前驅(qū)體和還原劑而無需增加其它表面吸附劑的簡單溶液體系來制備具有新形貌、新性能的金納米材料，探討其形成機(jī)制，為其它金屬納米材料的形貌可控制備提供可參照的途徑。同時，還研究了這些產(chǎn)物在光學(xué)、電場輔助組裝、電化學(xué)檢測等方面的性能與應(yīng)用。主要

3、研究成果包括以下幾個方面： (1)以不足量的檸檬酸三鈉為還原劑，無其它表面活性劑或吸附劑存在的條件下，室溫中光誘導(dǎo)合成形貌規(guī)則的金納米片。結(jié)果表明：這種金納米片的形成是受動力學(xué)控制的結(jié)果。實驗中利用了檸檬酸根中羧基對{111}晶面的擇優(yōu)吸附能力。弱還原劑的使用、自然光照和室溫的反應(yīng)條件是生成金納米片的前提，適當(dāng)?shù)臋幟仕崛c與氯金酸的摩爾濃度比是形成規(guī)則納米片的關(guān)鍵。 (2)以多種具有相同主鏈骨架、不同側(cè)鏈的生物小分子L-

4、氨基酸為還原劑，無其它表面活性劑或吸附劑存在的條件下，于常溫下制備得(準(zhǔn))一維金納米材料。其中，在半胱氨酸體系中制備得的是單晶的金納米帶，而其它幾種氨基酸溶液體系中得到的則是多晶的金納米線。通過對反應(yīng)中間產(chǎn)物的研究推測這些(準(zhǔn))一維納米結(jié)構(gòu)的形成是顆粒聚集生長的結(jié)果。并從這些氨基酸分子具有的不同側(cè)鏈對顆粒生長影響不同的角度(如還原能力和特異的晶面吸附能力)，探討了它們對材料的形貌可控能力的差異。 (3)以檸檬酸三鈉為還原劑，在晶

5、種存在的溶液中，通過驟降反應(yīng)溫度調(diào)控制備出具有特異形貌的帶尾狀金納米顆粒，包括不同尺寸的蝌蚪狀金納米顆粒、風(fēng)箏狀金納米顆粒、平菇狀金納米顆粒等。研究了這些金納米材料的光學(xué)性質(zhì)和形成機(jī)制，結(jié)果表明這種特異形貌的形成是一種聚集生長的機(jī)制，包括高溫沸騰時的球形聚集生長和降溫時的鏈狀聚集生長兩個階段。并通過建立一種格子氣模型，模擬了蝌蚪狀金納米顆粒的生長過程。 (4)研究了蝌蚪狀金納米顆粒在介電泳力作用下，于不同頻率的非均勻交變電場中的

6、排列情況。發(fā)現(xiàn)存在三種不同類型的排列組裝趨勢，包括(a)蝌蚪狀金納米顆?！邦^部”沿電場梯度方向排列；(b)蝌蚪狀金納米顆?！拔膊俊毖仉妶鎏荻确较蚺帕校?c)蝌蚪狀金納米顆粒的整體沿電場梯度方向排列。并建立模型，推導(dǎo)電場中被極化的蝌蚪狀金納米顆粒的“頭部”與“尾部”分別所受電泳力產(chǎn)生的力矩，通過比較這兩個力矩的大小和方向，從理論上推導(dǎo)蝌蚪狀金納米顆粒的旋轉(zhuǎn)和排列趨勢，得到與實驗結(jié)果吻合的模擬結(jié)果。 (5)制備了一種新型的蝌蚪狀金納