α—羥基羧酸鹽輔助合成氧化鋅與銀微納米結(jié)構(gòu)及光學(xué)性質(zhì)研究.pdf

1、本論文旨在探索控制性液相化學(xué)合成微納米材料的新方法，利用具有良好生物相容性的有機(jī)多官能團(tuán)試劑如檸檬酸鹽、蘋(píng)果酸鹽、酒石酸鹽、葡萄糖酸鹽等控制性合成了具有不同形狀、組裝方式的氧化鋅微納米結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)了具有α-羥基羧酸官能團(tuán)的有機(jī)試劑在控制氧化鋅形貌方面具有獨(dú)特的作用，能夠有效的控制氧化鋅納米晶體的長(zhǎng)徑比。并進(jìn)一步將α-羥基羧酸鹽應(yīng)用于銀納米顆粒的合成中，選擇性合成具有三角形、截角三角形、六邊形的銀納米片。主要內(nèi)容如下： 1．設(shè)計(jì)了檸

2、檬酸鹽輔助的水熱合成氧化鋅的化學(xué)反應(yīng)路線(xiàn)，合成了由納米片規(guī)則排列組裝而成的氧化鋅微納米結(jié)構(gòu)。發(fā)現(xiàn)了檸檬酸鹽能夠有效的抑制氧化鋅納米晶體在堿性水溶液中的一維生長(zhǎng)趨勢(shì)。通過(guò)調(diào)節(jié)檸檬酸鹽的濃度、反應(yīng)進(jìn)行的溫度等實(shí)驗(yàn)參數(shù)，有效地控制了氧化鋅微納米顆粒的形狀。深入研究了氧化鋅微納米結(jié)構(gòu)的形成過(guò)程，認(rèn)為其形成過(guò)程主要包括兩個(gè)步驟：先形成六邊形氧化鋅微米片，而后納米顆粒在一個(gè)六邊形表面進(jìn)行外延生長(zhǎng)形成具有規(guī)則排列方式的多級(jí)微納米結(jié)構(gòu)。發(fā)現(xiàn)了氧化鋅(0

3、001)和(0001)晶面在生長(zhǎng)過(guò)程中具有顯著不同的活性，這一現(xiàn)象被歸結(jié)于氧化鋅極性晶體的晶體特征。 2．設(shè)計(jì)了蘋(píng)果酸鹽輔助的水熱合成路線(xiàn)，合成了由納米片定向排列的具有六邊形輪廓的微米顆粒。氣體吸附/脫附的分析結(jié)果表明這種外形特殊的氧化鋅納米結(jié)構(gòu)具有孔狀特征，通過(guò)掃描電鏡和透射電鏡的觀察認(rèn)為孔隙來(lái)源于納米顆粒定向排列產(chǎn)生的晶粒間隙。發(fā)現(xiàn)了蘋(píng)果酸鹽與檸檬酸鹽類(lèi)似，能夠有效的控制納米顆粒的長(zhǎng)徑比，改變蘋(píng)果酸鹽的濃度能夠起到控制產(chǎn)物的

4、外觀形狀的作用。通過(guò)對(duì)產(chǎn)品形成時(shí)間演化的分析發(fā)現(xiàn)反應(yīng)過(guò)程包括兩個(gè)階段：首先生成了單晶六邊形納米顆粒，然后在顆粒六邊形表面二次生長(zhǎng)形成多級(jí)結(jié)構(gòu)，二次生長(zhǎng)過(guò)程中在納米顆粒之間形成了晶粒間隙。揭示了蘋(píng)果酸鹽與檸檬酸鹽均能夠抑制氧化鋅的一維生長(zhǎng)趨勢(shì)，起到控制長(zhǎng)徑比的作用。 3．根據(jù)“結(jié)構(gòu)相似，功能相似”的基本原則，選擇了酒石酸鹽、葡萄糖酸鹽等α-羥基羧酸鹽運(yùn)用于氧化鋅的液相化學(xué)合成中，獲得了一系列由納米片沿特定晶體學(xué)方向有序排列的多級(jí)納

5、米結(jié)構(gòu)，揭示了具有α-羥基羧酸根的多官能團(tuán)有機(jī)小分子存抑制氧化鋅一維生長(zhǎng)習(xí)性，控制產(chǎn)物長(zhǎng)徑比方面具有特殊效柒，α-羥基羧酸根是這些有機(jī)分子的共同特征。從分子結(jié)構(gòu)—分子功能的角度對(duì)這種特殊結(jié)構(gòu)的有機(jī)試劑在氧化鋅生長(zhǎng)過(guò)程中的作用進(jìn)行了歸納。認(rèn)為它們基于分子特性在氧化鋅牛長(zhǎng)過(guò)程中能夠起到兩個(gè)作用：首先作為配位劑，與鋅離子螯合，起到輸運(yùn)鋅離子控制氧化伴生成速率的作用；其次，選擇性吸附于氧化鋅晶面，穩(wěn)定氧化鋅極性面{0001}，改變氧化鋅各個(gè)晶面

6、生長(zhǎng)速率，起到控制氧化鋅納米顆粒形狀的作用。 4．塒采用α-羥基羧酸鹽輔助合成的氧化鋅微納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行光致發(fā)光的研究，發(fā)現(xiàn)利用α-羥基羧酸鹽輔助制各的氧化鋅粉末具有較強(qiáng)的紫外近帶邊熒光發(fā)射，源于缺陷的可見(jiàn)光發(fā)射受到不同程度的抑制。從晶體生長(zhǎng)的角度出發(fā)，提出α-羥基羧酸鹽的配位作用以及表面吸附作用是抑制氧化鋅本征缺陷以及表面缺陷的原因。發(fā)現(xiàn)了紫外近帶邊熒光發(fā)射峰隨著激發(fā)光光率密度的增加發(fā)生紅移的現(xiàn)象。結(jié)合能帶基本理論，通過(guò)對(duì)拉曼光譜

7、與紫外近帶邊熒光發(fā)射峰的特征分析，提出了光—熱效應(yīng)是導(dǎo)致近帶邊熒光峰紅移現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，并且從定量的角度對(duì)粉體的質(zhì)量進(jìn)行了評(píng)估。 5．將α-羥基羧酸鹽輔助合成路線(xiàn)推廣到銀納米片的形貌控制合成中，成功地合成了，具有三角形、截角三角形、六邊形的銀納米片。研究了α-羥基羧酸鹽對(duì)銀納米顆粒形狀的影響。并且在實(shí)驗(yàn)中通過(guò)改變銀納米片的形狀，實(shí)現(xiàn)了對(duì)表面等離子體共振吸收峰的調(diào)節(jié)，成功地紅移至近紅外區(qū)域。對(duì)銀納米片進(jìn)行了詳細(xì)的結(jié)構(gòu)分析，觀察到了