金納米粒子的尺寸和形狀可控合成及其表征.pdf

1、由于金屬納米顆粒具有不同于宏觀塊狀金屬的光學(xué)、電子和催化等性能，近年來越來越受到人們的關(guān)注。而這些獨(dú)特的性能是由金屬納米顆粒的尺寸、形狀、組分、晶型、聚集結(jié)構(gòu)所決定的。迄今為止人們已經(jīng)發(fā)展了眾多金屬納米粒子的制備方法，但是大多數(shù)方法比較復(fù)雜，且不能很好地控制金屬納米粒子的尺寸與形狀。如何利用簡易的化學(xué)方法合成尺寸和形狀可控的金屬納米顆粒仍然是人們拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域與深入研究其性質(zhì)的必要前提和重要挑戰(zhàn)。 本工作設(shè)計(jì)了一種簡單有效的液相

2、合成方法，制備出尺寸與形狀可控的金納米粒子，并利用各種手段對所合成的金納米粒子進(jìn)行表征。在作為包裹劑的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的存在下，用N,N-二甲基甲酰胺(C3H7O2NDMF)作為還原劑和溶劑在高溫回流的條件下還原氯金酸(HAuCl4)，以制備多種形狀的金納米粒子。其特點(diǎn)是不需要任何模板和晶種誘導(dǎo)，僅通過控制PVP及HAuCl4的濃度、加入微量無機(jī)鹽類或改變反應(yīng)溫度等條件即可實(shí)現(xiàn)納米顆粒的形狀與尺寸的有效控制。采用TEM、HRTE

3、M、SEM、XRD、SADE、ED和UV-Vis等分析手段，系統(tǒng)地對所制備的金納米顆粒的形貌、尺寸、晶體結(jié)構(gòu)以及光學(xué)性質(zhì)等進(jìn)行表征，并初步探索了各種形狀金納米粒子的生長機(jī)理，提出了表面能控制晶體形狀的理論。主要研究成果如下： 1.通過控制PVP濃度、反應(yīng)溫度以及少量NaCl或NaOH的加入等實(shí)驗(yàn)條件，成功實(shí)現(xiàn)了可控制備尺寸為150-200nm，形狀為十面體、切角立方體、立方體、八面體的金納米粒子。通過SADE、HRTEM和XRD

4、研究證明所合成的納米顆粒是面心立方晶型。 2.通過改變PVP與HAuCl4的摩爾比、少量H2O的加入等實(shí)驗(yàn)條件，成功合成了形狀和尺寸可控的金納米薄片，同時(shí)可在一定程度上控制金納米薄片的產(chǎn)率。所合成的金納米薄片形狀為正六邊形，尺寸可控范圍約為400nm-2μm，厚度約為50-60nm。 3.探索了不同形狀金納米粒子的生長規(guī)律。在金前軀體濃度較低，且沒有無機(jī)添加劑加入時(shí)，有利于五重孿晶的生長；無機(jī)鹽類的加入可使五重孿晶向立方

5、體形狀的單晶金納米粒子轉(zhuǎn)變；而在無機(jī)鹽類存在的條件下反應(yīng)溫度的升高又可使立方體向八面體轉(zhuǎn)變；當(dāng)金前驅(qū)體的濃度較高時(shí)，所合成金納米粒子的形狀則變?yōu)檎呅蔚慕鸺{米薄片。 4.提出了“表面能控制”金納米粒子的生長機(jī)理，較好地解釋了五重孿晶、立方體、八面體和六邊形薄片形狀金納米粒子的生長機(jī)理。由于PVP、無機(jī)鹽等分子在金納米粒子表面的選擇性吸附改變了不同晶面的表面能，由此進(jìn)一步改變了在金納米粒子生長過程中不同晶面的生長速度，最終決定了