包覆剂控制下的几种纳米粒子的合成和性质研究

论文摘要

粒径在2～20 nm之间的磁性和半导体纳米粒子由于其独特的物理和化学性质,它们在基础和实际应用领域都有着非常重要的研究价值,关于它们的研究一直是纳米材料领域的一个热点。本论文中,我们利用水热和微波加热技术实现了对粒径在2～20 nm之间的赤铁矿纳米材料形貌的可控合成,并对反应过程进行了监控,研究了产物的光学和磁学性质;另外发展了一条温和条件下以柠檬酸盐为稳定剂通过阳离子交换方法获得水溶性半导体硒化银纳米粒子的新途径;还考察了以聚乙烯吡咯烷酮作为稳定剂、硫脲和巯基丙酸分别作为硫源在乙二醇溶液中获取硫化铋复杂结构纳米材料和有关的实验参数对形貌演变的影响。具体结果如下:1在醇水体系中通过水热或微波辅助加热等方式获得不同形貌和粒径的赤铁矿纳米晶如立方体、棒以及微小颗粒等。实验结果显示在水热条件下油酸盐/铁源的摩尔比、水热温度等参数对制备均匀纳米立方体有着非常重要的影响;采用混合表面活性剂（油酸╱十二胺）有利于赤铁矿纳米棒或纳米线产物的生成;微波辅助加热方式可以获得粒径在4 nm左右均匀粒子。在考察本实验中得到粒径在20 nm以下的赤铁矿纳米材料的光学和磁学性质时,我们发现这些性质和它们的粒径与形貌是相关的,它们的紫外吸收主要是在远紫外波段,并且随着形貌的规整,吸收集中在230 nm和270 nm左右;得到的赤铁矿纳米颗粒的闭锁温度（TB）随着尺寸的增大而增大,对于4 nm左右的颗粒,其TB约为26 K;而14.7nm的立方体颗粒,其TB可达到80 K,在室温条件下这些纳米颗粒都展示了超顺磁性。2发展了一种新颖的在温和条件下制备水溶性立方结构硒化银（α-Ag2Se）的方法。这种方法以硫醇包覆的水溶性ZnSe作为前驱体,柠檬酸钠作为配位稳定剂并将其浓度保持在0.03 M以上,通过微量注射泵将AgNO3水溶液的加入速度控制在2 mL/h以下获取了柠檬酸盐和巯基丙酸（MPA）包覆的水溶性α-Ag2Se纳米颗粒。结果显示前驱体ZnSe与产物α-Ag2Se结构中的硒离子子晶格存在拓扑关系,立方结构的硒化银在180℃下是稳定的。溶度积的巨大差别以及纳米尺寸效应使得这种阳离子交换反应非常便捷快速。这种方法也可以用来制备立方结构的非水溶性的CuSe和PbSe纳米晶。3研究了在乙二醇体系中以聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为配位稳定剂,分别采用硫脲和巯基丙酸（MPA）为硫源来获取硫化铋复杂纳米结构。以硫脲为硫源时,反应溶液中pH值的增加会使产物由纳米棒（45 nm×2μm）构成的海胆状结构最终演变成带状结构,同时伴随着晶体生长方向由纳米棒的[001]向纳米带的[010]方向转变;另外pH值的增加也会影响到最终产物物相的纯度;以MPA为硫源时,配位剂乙二胺（EDA）的加入可以引起产物形貌由比较短的纳米棒（30 nm×1μm）尾段聚集构成的花状结构最终演变成近似单分散的较长纳米棒（40 nm×30μm）,可见EDA更有利于该体系中纳米棒的径向生长,但是并没有引起纳米棒晶体取向的变化,得到的纳米棒都是沿着[110]方向生长,另外我们还对相应的产物做了UV-Vis吸收光谱分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论（包覆剂控制合成纳米粒子研究进展）
• 1.1 引言
• 1.2 表面活性剂控制下的油溶性零维纳米材料研究进展
• 1.2.1 还原法制备油溶性纳米颗粒的研究进展
• 1.2.2 热分解法（thermal decomposition methods）制备油溶性纳米颗粒的研究进展
• 1.2.3 液相胶体化学法反应过程中晶体的成核和生长机制
• 1.2.4 水热法制备油溶性纳米颗粒的研究进展
• 1.3 配位稳定剂控制下的水溶性纳米颗粒研究进展
• 1.3.1 水溶性贵金属纳米颗粒的研究进展
• 1.3.2 水溶性磁性纳米颗粒的研究最新进展
• 1.3.3 水溶性荧光量子点合成研究的最新进展
• 1.4 本论文的研究内容和方法和预期的研究成果
• 参考文献
• 第2章 烷基羧酸（胺）控制下的赤铁矿纳米粒子的合成和相关性质研究
• 2.1 绪论
• 2.2 实验材料和方法
• 2.2.1 试剂
• 2.2.2 赤铁矿纳米立方体的合成
• 2.2.2.1 典型赤铁矿纳米立方体的合成
• 2.2.2.2 混合表面活性剂的影响实验（油酸/十二胺）
• 2.2.2.3 微波加热方式的影响
• 2.2.3 样品表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 反应条件对制备纳米立方体的影响
• 2.3.1.1 油酸钠/铁源摩尔比的影响
• 2.3.1.2 温度的影响
• 2.3.1.3 油酸的影响
• 2.3.1.4 混合表面活性剂的影响
• 2.3.1.5 微波加热的影响
• 2.3.2 机理分析
• 2.3.3 产物的光学性质
• 2.3.4 产物的磁学性质研究
• 2.4 结论
• 参考文献
• 第3章 阳离子交换法合成水溶性立方结构硒化银纳米晶
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂
• 3.2.2 合成步骤
• 3.2.2.1 水溶性 ZnSe纳米晶前驱体的合成
• 3.2.2.2 硒化银纳米晶的合成
• 3.3 样品表征
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 XRD分析
• 3.4.2 UV-Vis吸收光谱分析
• 3.4.3 TEM和 HRTEM分析
• 3.4.4 柠檬酸钠的影响
• 3.4.5 注射速度的影响
• 3.4.6 热稳定性分析
• 3.5 结论
• 参考文献
• 第4章 聚乙烯吡咯烷酮（PVP）控制下的硫化铋复杂纳米结构的合成及其演变
• 4.1 绪论
• 4.2 实验部份
• 4.2.1 实验试剂
• 4.2.2 实验步骤
• 4.2.3 样品表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 来自于硫脲为硫源的样品
• 4.3.2 以3-巯基丙酸（MPA）为硫源
• 4.4 结论
• 参考文献
• 研究总结和展望
• 博士期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
• 致谢