金、銀納米顆粒及其納米殼層的制備、形成機理與光學性能研究.pdf

1、金、銀納米顆粒及其納米殼層在電學、光學、表面催化和傳感等領域表現(xiàn)出優(yōu)異的物理和化學特性，可作為介電材料、電極材料、光學標簽、光敏感材料、生物傳感器以及拉曼增強基底等，有著廣泛的應用前景。本論文采用液相化學還原法和表面種子誘導法，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)代測試技術對金銀納米

2、顆粒及其納米殼層的尺度、形狀、結構特點、光學特性及其形成機理進行了較為系統(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)分子的誘導作用下，隨著硝酸銀被檸檬酸鈉進一步還原，在不同反應溫度下經(jīng)不同生長方式轉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分子十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)中溴離子和有機基團的作用下，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，最后轉變形成圓片形銀納米顆粒；在中等濃度CTAB分子的作用下，轉變形成紡錘形銀納米片；在較低濃度CTAB分子的作用下，轉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形成的絡合物

6、，成功制備了規(guī)則三角形金納米片。受有機基團中疏水基的影響，絡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)聚集形成團聚體，并向溶液內(nèi)部擴散；這些金納米顆粒的團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)的光學特性——在更大波長