低維納米材料的合成、表征及分析應用.pdf

1、納米結構在物理和化學行為方面填補了原子與其宏觀體結構之間的空白。二十一世紀人們期待著以各種尺度和形貌的納米材料為結構單元,進一步構筑其它的有序復合和組裝,以便強化材料的光、電、磁等各種性能,并實現(xiàn)材料間各種性能的集成。低維納米材料,包括半導體納米晶(量子點)以及一維納米結構,已廣泛引起人們的研究興趣。低維納米材料的合成和應用以及有序化陣列是近年來科學研究的熱點。本論文旨在發(fā)展新型低維納米材料及其陣列結構的合成方法及分析應用。本論文的主要

2、研究內容如下： 介紹了有關納米材料的基本理論和獨特性質,目前低維納米材料的合成方法以及其在科學領域的應用。 直接混合兩種互不相容體系的溶液,由于在短時間內生成大量的過飽和溶液而快速結晶,通常難以控制晶體結構的生長。然而,我們在室溫、常壓、非除氧的條件下,利用生物小分子L-cysteine和Pb(OAc)2二元水溶液一步法快速反應,自組裝生成L-cysteine-Pb的納米線陣列結構。通過掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子

3、顯微鏡(TEM)、高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)表征了L-cysteine-Pb納米線陣列的形貌；由X-射線衍射(XRD)、選區(qū)電子衍射(SAED)、傅立葉變換紅外光譜(FT-IR)提供了結構信息；利用光學顯微鏡、原子吸收光譜(AAS)、TEM驗證了我們推測的形成機理。同時,該陣列結構的形貌可以通過二元體系的反應物濃度、反應物摩爾比、以及加入表面活性劑的量來控制。所生成的L-cysteine-Pb的納米線陣列在無需另外加入S或Pb源

4、的常規(guī)水熱條件下可以轉換為各種漂亮的球形、花狀的半導體PbS結構。 介孔納米線結合了介孔結構與一維納米材料的優(yōu)勢成為一種獨特的功能材料。我們提出了一種簡易、高效、環(huán)境友好地合成了形貌可控的半導體PbS介孔納米線陣列結構的新方法。生物小分子L-cysteine在合成中起到三功能作用：前驅物L-cysteine-Pb生成過程起結構導向劑作用；作為PbS的硫源；在前驅物加熱分解生成產物過程中起致孔劑作用。采用SEM、TEM、HRTEM

5、、能量散射X-射線光譜(EDX)、XRD、以及氮氣吸附脫附等技術對該結構進行了表征。PbS介孔納米線陣列結構的拉曼光譜顯示了其對激光的敏感性。 由于微波和超聲波具有不同的輻照機理,因而輔助物理和化學反應產生不同的效果。將這兩種技術相結合,以探索更加優(yōu)越高效的物理、化學反應輔助工具不僅具有理論意義而且具有實用價值。我們以Pb(OH)Br為例,將微波-超聲波復合輻照技術結合離子液體應用于一維微/納米材料的合成。采用(50W-50W)

6、的微波-超聲波復合輻照可以將常規(guī)加熱24小時的反應縮短至10分鐘內完成,而產率由23.0％提高至45.0％。同時也將直徑30μm,長2～3mm的產物變?yōu)橹睆?0～800 nm,長100μm。增加微波一超聲波復合輻照功率(250 W-50 W),可將反應時間縮短至80秒,產率達到48.2％。低揮發(fā)性的離子液體1-丁基-3-甲基咪唑的溴鹽代替?zhèn)鹘y(tǒng)一維納米材料合成作為軟模板的表面活性劑,同時它又是良好的微波吸收劑,而且它還是產物Pb(OH)B

7、r的溴源。離子液體在本實驗中的多功能作用簡化了反應體系。水溶液條件下合成聚乙烯吡咯烷酮(PVP)納米球包覆CdTe量子點。通過控制反應回流時間即可在539～606 nm范圍內調節(jié)產物的光譜性質。僅僅需要回流10分鐘,其量子產率在無需后續(xù)處理的情況下即可達到47.4％。TEM和HRTEM研究顯示,該產物的微觀結構是直徑20 nm的PVP納米球包覆直徑3 nm的CdTe量子點。同時,發(fā)展了采用PVP納米球包覆的CdTe量子點作為熒光探針檢測

8、Ag+的熒光分析法。在優(yōu)化條件下,體系猝滅的熒光強度與17.5μmol L-1范圍內Ag+濃度的增加成線性關系。檢測限為0.28μmol L-1。PVP包覆的CdTe量子點成功地應用于人胚腎細胞成像,表明它是一種良好的熒光標記物。 發(fā)展了一種條件溫和的室溫水相法制備光譜可調、高穩(wěn)定性的水溶性CdTe/CdS核/殼結構量子點。向新鮮制備的CdTe量子點溶液中加入硫源繼續(xù)反應即可生成CdS殼層。通過控制硫源的濃度即可控制CdS殼層厚