金、銀納米顆粒及其納米殼層的制備、形成機(jī)理與光學(xué)性能研究.pdf

1、金、銀納米顆粒及其納米殼層在電學(xué)、光學(xué)、表面催化和傳感等領(lǐng)域表現(xiàn)出優(yōu)異的物理和化學(xué)特性，可作為介電材料、電極材料、光學(xué)標(biāo)簽、光敏感材料、生物傳感器以及拉曼增強基底等，有著廣泛的應(yīng)用前景。本論文采用液相化學(xué)還原法和表面種子誘導(dǎo)法，分別制備出三角形銀、三角形金納米片和紡錘形銀、金和金銀雙金屬納米殼層，借助于透射電鏡(TEM)、掃描電鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)、紫外可見吸收光譜(UV-Vis)、拉曼光譜(RS)等現(xiàn)代測試技術(shù)對金銀納米

2、顆粒及其納米殼層的尺度、形狀、結(jié)構(gòu)特點、光學(xué)特性及其形成機(jī)理進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。 在非光參與的條件下，硝酸銀被強弱兩種還原劑(硼氫化鈉和檸檬酸鈉)分步還原，硼氫化鈉還原產(chǎn)生的少量小尺寸(≤10nm)初級球形銀納米顆粒在表面活性劑聚氧乙烯十二烷基醚(BRIJ35)分子的誘導(dǎo)作用下，隨著硝酸銀被檸檬酸鈉進(jìn)一步還原，在不同反應(yīng)溫度下經(jīng)不同生長方式轉(zhuǎn)變形成三角形銀納米片。在80℃條件下，先形成小尺寸的形似三角形的銀納米顆粒，后直接長大

3、形成三角形銀納米片；在40℃和60℃條件下，初級銀納米顆粒先聚集成線，形成三角形銀納米框架，后經(jīng)填補不斷密實，長大形成三角形銀納米片。三角形銀納米片的邊長尺寸隨著反應(yīng)溫度的降低、BRIJ35分子或硼氫化鈉有效濃度的降低而增大，其三角形貌的完整性隨著BRIJ35的濃度的偏低或偏高以及硼氫化鈉濃度的升高而降低，同時對溶液的PH值非常敏感。在紫外可見吸收光譜中，三角形銀納米片具有三個特征吸收峰，分別對應(yīng)其面外四極、面內(nèi)四極和面內(nèi)雙極共振吸收，

4、其中面內(nèi)雙極共振吸收峰隨著三角形銀納米片邊長尺寸的增大而不斷紅移，最大可紅移到800nm以外更長波區(qū)。 三角形銀納米片在有機(jī)分子十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)中溴離子和有機(jī)基團(tuán)的作用下，形貌發(fā)生重塑。三角形銀納米片在高濃度CTAB分子的作用下經(jīng)歷截角三角形、橢圓形的變形，最后轉(zhuǎn)變形成圓片形銀納米顆粒；在中等濃度CTAB分子的作用下，轉(zhuǎn)變形成紡錘形銀納米片；在較低濃度CTAB分子的作用下，轉(zhuǎn)變形成棒狀為主的銀納米顆粒。隨著銀納米

5、顆粒形貌的變化，其光吸收性能也相應(yīng)改變。 80℃～40℃三種溫度條件下經(jīng)不同生長方式形成的三角形銀納米片，自組織行為有很大差異，僅80℃條件下的產(chǎn)物在表面吸附的BRIJ35分子作用下在碳膜上可自組織形成有序單層銀膜；不同溫度下獲得的三角形銀納米片在硅片上均形成高取向性銀膜，這些高取向銀膜對吡啶分子的拉曼散射信號有很強的增強作用，其增強作用都超過了108倍。 在60℃條件下，通過檸檬酸鈉還原由氯化金鉀與CTAB形成的絡(luò)合物

6、，成功制備了規(guī)則三角形金納米片。受有機(jī)基團(tuán)中疏水基的影響，絡(luò)合物集中分布在液體表面并首先在液體表面被還原，產(chǎn)生的尺寸不等、形貌各異的金納米顆粒經(jīng)聚集形成團(tuán)聚體，并向溶液內(nèi)部擴(kuò)散；這些金納米顆粒的團(tuán)聚體先后形成截角三角形和近三角形金納米顆粒，最終形成規(guī)則三角形金納米片。 以單分散紡錘形鐵黃(β-FeOOH)為核基體顆粒，首先用聚乙烯亞胺(PEI)分子對其進(jìn)行表面改性，接著還原少量的銀鹽或金鹽使產(chǎn)生的銀或金納米顆粒吸附在核基體表面，

7、作為殼層生長所需的種子，然后通過連續(xù)沉積銀或金于核顆粒表面分別形成紡錘形銀、金納米殼層；在銀種子的誘導(dǎo)下，通過連續(xù)沉積金或交替沉積金、銀于核顆粒表面形成紡錘形金銀雙金屬納米殼層。在各種紡錘形金屬納米殼層的形成過程中，殼層的覆蓋密度和厚度隨著金屬沉積次數(shù)的增多而不斷增加，光吸收特性也隨之得到有效調(diào)節(jié)：銀納米殼層的光學(xué)吸收峰隨著殼層覆蓋密度的增加不斷紅移，從最初的505nm紅移到697nm，顯示出比球形銀納米殼層更優(yōu)的光學(xué)特性——在更大波長