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咪唑类离子液体稳定的纳米金的制备、组装及应用

柏祥涛  
【摘要】:由于贵金属纳米材料、特别是纳米金具有众多极为优异的性质,因此在催化、传感器、电子学、光学、生物学等诸多领域均具有广阔的应用前景,一直以来都是研究热点之一。纳米金的性质与其尺寸及形貌紧密相关,因此可控制备各种形貌的金纳米粒子是一个主要的研究方向。离子液体又称“熔融盐”,是由阴阳离子构成的熔点低于100℃的盐,自从发现之日就作为一种绿色溶剂被寄予厚望,同时也为纳米材料的制备提供了新的契机。但是与传统制备体系相比,目前对离子液体体系制备纳米材料的研究还不够深入。本论文从胶体与界面化学的角度出发,以咪唑类离子液体为包覆剂制备了各种形貌的纳米金,研究了球形纳米金在气/液界面的组装行为,并将得到的纳米金作为基底,检验了其SERS增强活性。全文共分为以下六部分内容: 第一部分,首先简要介绍了纳米金及其应用,然后总结了各种形貌的纳米金的研究进展,之后对离子液体进行了简单的介绍,最后对离子液体在纳米材料制备中的应用做了详细的介绍。 第二部分,首先研究了长链离子液体C16mimBr在气液界面上形成的Langmuir单层膜,发现这种单层膜稳定性很高,可作为模板用于纳米材料的制备。在此单层膜的诱导下,通过界面反应制备了微米级的金纳米片。通过对TEM和HRTEM结果的分析,确定了纳米片各个表面的晶面归属,并通过SAED图谱研究了纳米片的结晶性,通过SEM确定了纳米片的厚度。通过对实验结果的分析,利用融合生长机理对微米级纳米片的形成做了解释。最后通过对比试验,明确了成膜物质的分子结构和表面压对产物形貌的影响。 第三部分,以C12mimBr为保护剂,通过晶种法制备了尺寸均一金纳米棒,并通过形貌诱导剂的选择调控了纳米棒的长径比。结合文献报道和HRTEM图像分析,明确了纳米棒的结构。催化实验表明,活性离子液体包覆的纳米金对硝基化合物的还原具有很高的催化活性。通过分子动力学模拟的方法计算了包覆剂分子与金表面之间的相互作用能,并结合计算的结果对实验结果进行了解释。 第四部分,首先合成了一种功能化的离子液体([camphorC2mim]Cl),然后在这种离子液体的辅助下,利用一种简单的方法在气/液界面上制备了二维枝状金纳米结构。详细讨论了离子液体在枝状纳米结构形成过程中的作用,并研究了离子液体与氯金酸之间的摩尔比及浓度对产物形貌的影响。所得到的枝状金纳米结构具有很强的SERS增强活性,可用于高活性SERS基底的构筑。 第五部分,通过电化置换的方法,以[camphorC2mim]Cl离子液体为添加剂,在乙醇和水的混合溶剂中成功制备了三维枝状金纳米结构,详细研究了金属基底、乙醇/水摩尔比、金盐前躯体和添加剂对产物形貌的影响。通过对HRTEM和SAED的分析,明确了枝状金纳米结构的生长方向。SERS实验表明,所得到的枝状金纳米结构同样具有很强的SERS增强活性。 第六部分,合成了一种咪唑基手性离子液体([C16hmim]Br),通过两相合成法制备了手性离子液体包覆的金纳米粒子,并研究了其在气液界面上的自组装行为;通过一系列的对比实验,讨论了保护剂的分子结构对自组装结构的影响。SERS实验表明,单层膜包覆的金纳米粒子也可以用作SERS的基底,并且将这些纳米粒子进行组装之后,吸附在其表面的R6G分子的SERS信号得到了大幅度的增强。


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