金納米材料的形貌可控制備及其性能的研究.pdf

1、金納米材料的特殊性質和潛在應用與它的形貌(包括尺寸和形狀等)密切相關?；谝合嗷瘜W法的金納米材料的形貌可控制備已成為材料研究領域的熱點，人們發(fā)展了許多關于具有全新特性的不同形貌的金納米材料(如納米棒、納米線、納米片等)的制備方法。然而，就大部分已發(fā)表的工作來看，合成中通常需要額外加入模板、表面活性劑或吸附劑等，多種有機物的引入使得納米顆粒的生長過程趨于復雜，顆粒的生長機理難于解釋清楚。選擇以簡單的方式合成具有新形貌的金納米材料成為人們關

2、注的重點。本論文以此為目的，通過調節(jié)反應參數(shù)(如選擇弱還原劑、降低反應溫度、改變反應物濃度等)以減慢反應速率，使納米粒子的成核與生長趨于受動力學控制，提供生成非熱力學控制生長的各向異性結構的可能，探索僅有金前驅體和還原劑而無需增加其它表面吸附劑的簡單溶液體系來制備具有新形貌、新性能的金納米材料，探討其形成機制，為其它金屬納米材料的形貌可控制備提供可參照的途徑。同時，還研究了這些產物在光學、電場輔助組裝、電化學檢測等方面的性能與應用。主要

3、研究成果包括以下幾個方面： (1)以不足量的檸檬酸三鈉為還原劑，無其它表面活性劑或吸附劑存在的條件下，室溫中光誘導合成形貌規(guī)則的金納米片。結果表明：這種金納米片的形成是受動力學控制的結果。實驗中利用了檸檬酸根中羧基對{111}晶面的擇優(yōu)吸附能力。弱還原劑的使用、自然光照和室溫的反應條件是生成金納米片的前提，適當?shù)臋幟仕崛c與氯金酸的摩爾濃度比是形成規(guī)則納米片的關鍵。 (2)以多種具有相同主鏈骨架、不同側鏈的生物小分子L-

4、氨基酸為還原劑，無其它表面活性劑或吸附劑存在的條件下，于常溫下制備得(準)一維金納米材料。其中，在半胱氨酸體系中制備得的是單晶的金納米帶，而其它幾種氨基酸溶液體系中得到的則是多晶的金納米線。通過對反應中間產物的研究推測這些(準)一維納米結構的形成是顆粒聚集生長的結果。并從這些氨基酸分子具有的不同側鏈對顆粒生長影響不同的角度(如還原能力和特異的晶面吸附能力)，探討了它們對材料的形貌可控能力的差異。 (3)以檸檬酸三鈉為還原劑，在晶

5、種存在的溶液中，通過驟降反應溫度調控制備出具有特異形貌的帶尾狀金納米顆粒，包括不同尺寸的蝌蚪狀金納米顆粒、風箏狀金納米顆粒、平菇狀金納米顆粒等。研究了這些金納米材料的光學性質和形成機制，結果表明這種特異形貌的形成是一種聚集生長的機制，包括高溫沸騰時的球形聚集生長和降溫時的鏈狀聚集生長兩個階段。并通過建立一種格子氣模型，模擬了蝌蚪狀金納米顆粒的生長過程。 (4)研究了蝌蚪狀金納米顆粒在介電泳力作用下，于不同頻率的非均勻交變電場中的

6、排列情況。發(fā)現(xiàn)存在三種不同類型的排列組裝趨勢，包括(a)蝌蚪狀金納米顆粒“頭部”沿電場梯度方向排列；(b)蝌蚪狀金納米顆粒“尾部”沿電場梯度方向排列；(c)蝌蚪狀金納米顆粒的整體沿電場梯度方向排列。并建立模型，推導電場中被極化的蝌蚪狀金納米顆粒的“頭部”與“尾部”分別所受電泳力產生的力矩，通過比較這兩個力矩的大小和方向，從理論上推導蝌蚪狀金納米顆粒的旋轉和排列趨勢，得到與實驗結果吻合的模擬結果。 (5)制備了一種新型的蝌蚪狀金納