金屬銀和鈷、鎂無機鹽納米材料的液相合成與表征.pdf

1、隨著納米科學技術的深入發(fā)展,納米材料以其優(yōu)異的電、磁、催化等性能和廣闊的應用前景引發(fā)了科學工作者的極大興趣。納米材料的微觀結構直接影響其性能,如何實現(xiàn)對納米材料形貌、尺寸、維度、組成等的調控,對實現(xiàn)材料性能的人工“剪裁”具有十分重要的意義。納米材料的制備方法多種多樣,其中,由于液相合成方法的諸多優(yōu)點使其成為對基本納米粒子進行剪裁、組裝的重要方法之一。目前,以液相法合成納米材料的報道雖然很多,也各具優(yōu)勢,但要獲得尺寸、形貌可控的一些納米材

2、料仍然存在一定的困難。因此,探索設備簡單、成本低、產率高的液相法,并實現(xiàn)對納米材料的尺寸、形貌、物相的控制,仍然是化學家和材料學家關心的課題之一。
　　 本課題組長期以來在液-液體系與萃取化學、無機材料化學方向進行深入研究,在液相中合成無機納米材料等方面積累了豐富的經驗。本論文以探索低成本、易操作的無機納米材料的制備方法為目的,選取金屬銀以及鈷、鎂無機鹽為研究劉象,發(fā)揮化學液相合成技術在控制材料的微結構、形貌和尺寸等方面的優(yōu)勢,

3、探索低溫液相制備方法中的新型反應體系以及調控方法,獲得了形貌和粒徑均可控的微納米材料,并初步探討了其相關性質。
　　 主要研究內容概括如下:
　　 1.利用萃取技術與傳統(tǒng)溶劑熱法相結合的復合技術,成功制備了具有單晶結構的Ag微米片。室溫下,將銀的萃合物轉移進入有機相,在溶劑熱條件下,萃取劑同時可作為還原劑得到單質銀。溶劑熱處理過程中,通過加入飽和醇作為形貌控制劑,可制備得規(guī)則的六方截角片狀金屬銀,邊長約為1.5μm,厚度

4、約為100nm。在片狀Ag的形成過程中,飽和醇對形貌控制起到了重要作用:首先,醇選擇吸附在表面能較低的Ag{111)晶面上,降低了此晶面的生長速度,從而使Ag生長成以(111)面為上下底面的片狀結構；其次,隨著所使用的飽和醇碳氫鏈的逐漸增長,對晶面生長阻礙作用逐漸增強,有利于片狀結構的生成。根據(jù)反應溫度調控實驗分析,片狀結構的生長溫度約為100℃,溶劑熱溫度過高反而不利于Ag片的形成。
　　 2.利用萃取技術與傳統(tǒng)液相還原法相結

5、合的復合技術,成功制備了具有單晶結構的Ag納米級薄片。室溫下,將銀(Ⅰ)萃合物轉移到有機相中,再向有機相中加入還原劑鞣酸溶液,可制得Ag納米級薄片。實驗證明,溶解鞣酸的溶劑種類對產物的形貌具有重要的影響:改變溶劑的種類及組成,可得到多種形貌Ag產物,如納米圓盤、納米薄片、微米級芒刺球以及網(wǎng)狀納米帶。初步分析認為,產物的不同形貌源于所用溶劑的不同性質,如溶劑粘度不同會導致粒子晶體生長速率以及晶面保護劑吸附能力不同。
　　 3.在簡

6、單的乙醇體系中,通過溶劑熱處理,在不添加模板或形貌控制劑的條件下,成功合成了具有五邊形截面的棱柱狀銀納米線。并且,此制備方法是將AgNO3固體粉末直接溶解于乙醇中,簡化了納米線的合成過程。合成過程中,還原劑月桂胺同時作為絡合劑、晶面保護劑,對納米線的形成具有重要作用。所得銀納米粒子最終的維度與形貌主要由還原劑與金屬鹽的配比調控。通過變化胺/AgNO3的摩爾比,銀納米線的長徑比可以得到有效控制。所得銀納米線的紫外?？梢娢展庾V只顯示了Ag

7、的特征吸收峰與橫向SPR吸收峰,證明所得納米線長徑比較大。
　　 4.室溫下,在硝酸銀、檸檬酸三銨混合的簡單水溶液體系中,以鞣酸作為還原劑,成功合成了具有一定韌性的銀納米帶。實驗證明,通過對反應物濃度進行簡單調節(jié)可以達到有效控制產物形貌的目的:依次增大反應物濃度,分別可制得Ag納米線、納米帶以及納米花狀結構。選擇所制得的銀納米帶、納米花進行表面增強拉曼散射(SERS)效應測試。結果證明,兩種產物均可增強10-8mol/L羅丹明B

8、(RhB)溶液的拉曼光譜信號,是良好的SERS活性基底材料,且銀納米帶的增強效應更加顯著。
　　 5.利用鋁汞齊作為還原劑,通過在鋁箔表面形成的微電池反應,成功制備了具有完美樹枝狀結構的Ag納米粒子。其中,鋁汞齊作為金屬還原劑制備銀樹枝狀納米材料尚未見報道。所制得Ag納米樹枝的主干、側枝與次級側枝分形明顯,產物具有多級結構。通過對產物的生長過程分析發(fā)現(xiàn):Ag納米樹枝結構的演變,可以認為用鋁箔表面的自組裝局域微觀電池模型和極限擴散

9、聚合過程解釋。SERS結果顯示,所得Ag納米樹枝對低濃度羅丹明B溶液的拉曼信號具有非常顯著的增強作用。
　　 6.溶劑熱條件下,以CoCl2乙醇溶液和新制鎢酸為反應物,首次合成了鎢酸鈷空心花狀納米結構,通過追蹤反應過程發(fā)現(xiàn)此花狀結構是由鎢酸鉆納米棒生成的同時自組裝而成,而最終空心結構的形成過程也遵循“奧氏熟化”原理。最后,通過控制溶劑組成獲得具有不同自組裝方式的納米花狀鎢酸鈷。
　　 7.利用水熱合成法,制備得到組成相同