金纳米颗粒的可控合成及催化性能研究

论文摘要

有规整形貌的纳米粒子因其特殊的结构而具有很多特性,这使得合成具有规则形状的金属纳米粒子在最近些年越来越受到重视。在各种不同的体系里面,金属纳米粒子因它特殊的性质和在光子学,电子学和信息存储方面的应用越来越受到大家的重视。同时它还因为量子效应和超高的比表面积而被作为很好的催化剂用于各种有机反应中。不过大部分对纳米催化方面的研究涉及到的纳米粒子都是球形或者不规则的形貌。很少有研究用的是有特殊形貌的纳米粒子。值得注意的是,往往我们可以通过调节纳米粒子的大小和形貌组成来调节和提高它的性能。金作为一种被广泛研究的贵金属纳米粒子,因其本身的特性很依赖于它的大小和形貌而被用作各个领域。最近已经有一些研究通过简单的调控反应物的摩尔比来合成更多的形貌,但是大部分方法都很消耗时间,而且都不环保。在本文中,我们采用微波辅助,三缩四乙二醇作为溶剂还原氯金酸来制备三角形,片状和二十面体纳米粒子,溶剂中添加了少量的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。并将制备好的金纳米粒子用紫外,透射电镜,X射线衍射,X射线能谱进行表征。研究表明,最终金纳米粒子的形貌仅仅依赖于表面活性剂CTAB和PVP的浓度比例。这种方法快速,方便而且环保。这种简单的方法也可以扩展到合成其它种类的金属纳米粒子中。本文还讨论了金纳米粒子在催化氢化芳香族硝基化合物的形貌效应。我们比较了金纳米粒子在硝基苯胺和硼氢化钠这个电子转移反应的活化能和其它的动力学常数。溶液中使用的是片状,二十面体和三角形占主导的金纳米粒子作为催化剂用于反应当中。结果表明二十面体的催化反应速率是最快的,三角形次之,最慢的是片状纳米粒金。这种方法直观,简单,重现性好且经济。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 纳米粒子的形貌
• 1.1.1 单晶纳米粒子
• 1.1.2 挛晶纳米粒子
• 1.1.3 影响纳米粒子形貌的机制
• 1.2 规则形貌纳米粒子的主要合成方法
• 1.2.1 直接还原法
• 1.2.2 晶种法
• 1.2.3 羟基还原法
• 1.3 保护剂对合成规则纳米粒子所起的作用
• 1.3.1 PVP
• 1.3.2 CTAB
• 1.4 规则形貌的纳米粒子的应用
• 1.4.1 催化
• 1.4.2 表面等离子体共振
• 1.4.3 表面拉曼光谱
• 1.4.4 医药
• 1.5 不同的规则形貌纳米粒子在催化反应中活性不同的机理
• 1.6 本论文构想
• 第二章 微波辅助溶剂还原法制备片状，二十面体和三角形纳米金
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 仪器
• 2.1.2 试剂
• 2.1.3 实验方法
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 制备过程中紫外-可见（UV-vis）光谱表征
• 2.2.2 不同反应时间纳米金的TEM 表征
• 2.2.3 调控CTAB 浓度合成金纳米片
• 2.2.4 调控PVP 浓度合成金二十面体
• 2.2.5 不同溶剂对合成金纳米粒子影响
• 2.2.6 不同加热方式合成金纳米粒子
• 2.2.7 Au 纳米粒子的XRD 表征
• 2.2.8 Au 纳米粒子的XPS 表征
• 2.3 小结
• 第三章 片状，二十面体，三角形纳米金的催化性能研究
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 仪器
• 3.1.2 试剂
• 3.1.3 实验方法
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 分散在水溶液中的金纳米催化剂TEM 图
• 3.2.2 未加催化剂的UV-vis 图
• 3.2.3 三种形貌金纳米催化剂催化反应的UV 图
• 3.2.4 三种形貌催化剂加氢反应的表观活化能
• 3.2.5 金纳米粒子在反应后的TEM 图
• 3.2.6 金纳米粒子催化氢化对硝基苯酚
• 3.2.7 金纳米粒子催化氢化芳香族硝基化合物机理
• 3.3 小结
• 第四章 片状，二十面体，三角形纳米金胶束催化性能研究
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 仪器
• 4.1.2 试剂
• 4.1.3 实验方法
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 三种形貌金纳米胶体催化剂反应的UV-vis 图
• 4.2.2 三种形貌催化剂加氢反应的表观活化能
• 4.2.3 金纳米粒子在反应后的TEM 图
• 4.2.4 类球形纳米金的TEM 图
• 4.2.5 类球形纳米金催化氢化对硝基苯胺UV-vis 图
• 4.2.6 电导率法测定CTAB 的临界胶束浓度（CMC）
• 4.2.7 胶体的催化活性较高原因初探
• 4.3 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录攻读学位期间所发表的学术论文目录