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金属纳米粒子的尺寸和形状可控合成及其表征

胡建强  
【摘要】: 金属纳米粒子的特殊性质和潜在应用与它的尺寸和形状密切相关,迄今人们已发展了许多金属纳米粒子的制备方法,但绝大多数方法的产物皆是球形纳米粒子,如何建立可对目标材料进行人为的尺寸和形状调控的简易方法是一个极具挑战的课题。 本论文工作的目标是设计一种简单有效的水相合成方法,制备出尺寸和形状可控的金和银纳米粒子。在作为包裹剂的十二烷基磺酸钠(SDSN)存在下,用柠檬酸钠(Na_3C_6H_5O_7)分别还原硝酸银(AgNO_3)或氯金酸(HAuCl_4)。它最鲜明的特点在于不需要任何模板和种子诱导,仅通过控制还原剂的浓度就可以实现对纳米粒子的尺寸和形状控制,而包裹剂的主要作用是防止粒子聚集和得到更好晶型结构。使用TEM、HRTEM、SEM、AFM、XRD、SAED、ED、UV-Visible和SERS等手段较系统地表征了这些纳米粒子的结构、尺寸、形状及其光学和电学性质。本论文工作获得的主要成果如下: 1.制备了尺寸和长径比可控的银纳米棒和纳米线。还原剂的浓度与纳米棒或纳米线的直径(10-24nm)成线性关系,与纳米棒和纳米线的长径比(8-150)成对数关系。 2.合成出具有蝌蚪和项链形的新颖形状的金纳米粒子。蝌蚪纳米粒子具有新颖的三维结构;蝌蚪纳米粒子的尺寸可控范围为12-31nm(头部宽度),项链形纳米粒子的尺寸可控范围在20-35nm。它们皆具有特殊的光学和电学性质。 3.提出有关纳米粒子的生长模型,分别解释金和银两种金属由还原剂浓度控制粒子生长的生长机理。而两种金属纳米粒子的形状完全不同的主要原因则主要来源于其离子被还原能力的差异和与包裹剂作用能力的不同。 4.合成出尺寸较均一且可控的球形金纳米粒子(10-40nm)。另用种子法合成出单分散性好且尺寸可控的铂包金纳米粒子(8-150nm),并得到了铂纳米粒子的SERS谱图。 总之,该创新的合成方法可望用于上述纳米粒子的批量生产,并可能发展成为合成其它金属的尺寸和形状可控纳米粒子的通用方法。


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