铜族纳米材料的调控合成、微结构及表面性能研究

论文摘要

铜族金属及金属氧化物纳米材料因其独特的物理化学性质,在光学、催化、气敏、磁学等领域有着广泛的应用。基于纳米材料的形貌控制合成,深入研究形貌、微观结构对表面性能的影响,对指导纳米材料的性能开发和应用具有重要意义。本论文旨在探索金属Ag、Au纳米晶的调控合成及其形貌和暴露晶面对表面等离子体共振拉曼散射（SERS）效应增强的影响和应用,探讨铜的氧化物纳米晶的调控合成及形貌对其气敏、磁性、催化等性能的影响。利用溶剂热或液相回流法调控合成出纳米线、纳米立方块、不同剪切度的三角片等不同形貌的Ag纳米晶,通过对上述不同形貌银纳米晶的SERS增强检测,发现Ag纳米晶由于晶面暴露不同,SERS活性有明显的差异。因此提出了活性晶面的概念,为进一步提高金属纳米颗粒的SERS增强提供了新思路。基于活性晶面对SERS增强的影响,制备了高暴露活性晶面的纳米Ag、Au颗粒,得到了高SERS活性的金属基底。并将其负载在普通光纤或光子晶体光纤上,成功的实现了SERS信号的传输,为SERS在探针分析检测方面的应用奠定了基础。采用液相回流法合成了准单分散的氧化亚铜纳米球,通过调控反应物浓度、温度等实现了对纳米球尺寸、结晶性和自组装性能的控制。与八面体微米块、纳米立方块等形貌的氧化亚铜材料比较,研究了形貌对氧化亚铜气敏和磁性质的影响。将这一方法推广,也实现了对AgBr亚微米球的调控合成。用所制备的准单分散氧化亚铜纳米球为模板,利用气相氧化或者还原的方法,得到了氧化铜与金属铜的纳米球;利用液相法实现了对氧化亚铜纳米球的核壳结构包覆、转化及金属负载。利用合成的Ag三角片,通过溶剂热一锅法制备了Ag@Cu2O核壳结构。并研究了上述纳米结构的光学、催化、气敏等性质。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 金属、金属氧化物纳米材料形貌对表面性能的影响
• 1.2 表面增强拉曼散射（SERS）效应的机理研究进展
• 1.3 金属纳米材料的形貌控制合成研究进展
• 1.3.1 晶面确定的金属纳米材料的合成研究进展
• 1.3.2 单分散金属纳米晶的控制合成研究进展
• 1.4 单分散纳米、微米球的合成及其应用研究进展
• 1.5 铜族纳米材料的用途及控制合成的研究进展
• 1.6 本论文的选题思路与主要工作
• 1.6.1 存在的问题与机遇
• 1.6.2 本论文的选题思路与主要工作
• 第2章 纳米金属Ag 和Ag 基化合物的形貌控制合成及对表面增强拉曼散射（SERS）的影响
• 2.1 金属Ag 单晶纳米片的形貌微调控合成及SPR 效应的影响
• 2.1.1 反应路线设计
• 2.1.2 操作步骤
• 2.1.3 结果与讨论
• 2.2 金属Ag 胶体粒子的形貌控制对表面SERS 增强的影响
• 2.2.1 金属Ag 纳米线的控制合成及晶面表征
• 2.2.2 Ag 纳米颗粒的制备及晶面表征
• 2.2.3 形貌对表面等离子体共振（SPR）的影响
• 2.2.4 表面增强拉曼散射光谱（SERS）的结果分析
• 2.2.5 晶面对SERS 的物理和化学增强的影响
• 2.3 纳米三角片、立方块的组装成膜对SPR 和SERS 效应的影响
• 2.3.1 单晶纳米片、立方块的组装成膜及晶面分析
• 2.3.2 单晶纳米片和立方块的胶体与薄膜的SPR 效应对比
• 2.3.3 SERS 结果及晶面的影响分析
• 2.3.4 电化学腐蚀单晶纳米片薄膜对SERS 的影响
• 2.3.5 晶面对SERS 增强机理影响的小结
• 2S 在 Ag 纳米线上的定点生长及光学性质的研究'>2.4 Ag₂S 在 Ag 纳米线上的定点生长及光学性质的研究
• 2S 在Ag 纳米线上的定点生长及其机理研究'>2.4.1 Ag₂S 在Ag 纳米线上的定点生长及其机理研究
• 2.4.2 定点生长对Ag 纳米线SPR 及 SERS 效应的影响
• 2.5 本章小结
• 第3 章高SERS 活性Ag、Au 颗粒的制备、成膜及光纤探针应用
• 3.1 高SERS 活性的银纳米立方块、颗粒成膜及光纤探针应用
• 3.1.1 银纳米立方块的成膜及SERS 活性
• 3.1.2 光纤探针检测的应用
• 3.2 高SERS 活性的金纳米颗粒控制合成及光子晶体光纤（PCF）探针检测应用
• 3.2.1 金纳米颗粒的控制合成及SERS 活性
• 3.2.2 水热法调控合成金纳米球、组装及SERS 活性
• 3.2.3 有机分子吸附取向对SERS 增强的影响
• 3.2.4 光子晶体光纤探针检测
• 3.3 银三角片的表面增强共振拉曼散射光谱（SERRS）应用
• 3.4 本章小结
• 第4章 准单分散铜族纳米球的调控合成及性能研究
• 2O 纳米球的液相控制合成'>4.1 准单分散Cu₂O 纳米球的液相控制合成
• 4.1.1 实验设计及操作步骤
• 4.1.2 结果与讨论
• 2O 纳米球的形成机理研究'>4.1.3 Cu₂O 纳米球的形成机理研究
• 2O 纳米球的自组装现象'>4.1.4 准单分散Cu₂O 纳米球的自组装现象
• 2O 纳米球胶体的光学性质'>4.1.5 Cu₂O 纳米球胶体的光学性质
• 4.2 气相氧化或者还原法制备准单分散CuO、Cu 纳米球及性质
• 4.2.1 实验设计
• 4.2.2 操作步骤
• 4.2.3 结果与讨论
• 4.3 铜氧化物的纳米形貌对气敏性质的影响
• 2O 纳米颗粒与微米八面体块的制备及表征'>4.3.1 Cu₂O 纳米颗粒与微米八面体块的制备及表征
• 4.3.2 气敏实验设计及操作
• 4.3.3 结果与讨论
• 2O 纳米形貌对其磁性的影响'>4.4 Cu₂O 纳米形貌对其磁性的影响
• 2O 纳米立方块的制备及表征'>4.4.1 Cu₂O 纳米立方块的制备及表征
• 2O 磁性的影响测量实验'>4.4.2 形貌对Cu₂O 磁性的影响测量实验
• 4.4.3 结果与讨论
• 4.5 液相回流法制备AgBr 亚微米球及表征
• 4.5.1 实验设计及操作步骤
• 4.5.2 结果与讨论
• 4.6 本章小结
• 第5 章铜族基纳米复合结构的控制合成及表面性能研究
• 2O 为模板的p-n 型核壳复合结构的合成、转化及表征'>5.1 以Cu₂O 为模板的p-n 型核壳复合结构的合成、转化及表征
• 5.1.1 实验设计
• 5.1.2 操作步骤
• 5.1.3 结果与讨论
• 2O/Au，Cu₂O/Ag 纳米球的合成及其催化表征'>5.2 Cu₂O/Au，Cu₂O/Ag 纳米球的合成及其催化表征
• 5.2.1 实验操作
• 5.2.2 结果与讨论
• 2O 纳米复合结构'>5.3 溶剂热法一锅调控合成Ag/Cu₂O 纳米复合结构
• 5.3.1 实验设计
• 5.3.2 操作步骤
• 5.3.3 结果与讨论
• 5.4 本章小结
• 结论
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果