中空银纳米球的制备及其性能研究

论文摘要

在过去的十年里,由于贵金属纳米材料在催化剂、电子学、光子学、信息储存、光电学、生物标记、成像和传感等领域的重要性,使得贵金属纳米结构的合成成为一个活跃的研究领域。新型的金属纳米粒子因为它们独特的由表面等离子体共振诱导（SPR）的光学性质和它们很多的潜在应用而受到社会广泛的关注。在具有SPR效应的贵金属纳米粒子中,中空纳米结构有一个很高的散射系数,它的共振频率通过改变中空核的尺寸和壳的厚度可以很容易地被控制。本论文中,我们拟采用电化学方法结合电偶置换法在高定向热解石墨（HOPG）及金膜表面制备不同尺寸具有中空结构的银纳米阵列,研究了中空银纳米阵列的局域表面等离子效应（L-SPR）和表面等离子效应（SPR）,为其在SPR定性和定量研究中的应用提供理论指导。研究结果包括：1.在高定向裂解石墨（HOPG）表面电化学沉积纳米铜阵列,利用电偶置换法,以纳米铜为起始模板,与低浓度的硝酸银发生缓慢化学置换,最终铜完全消耗得到中空纳米颗粒。采用AFM,SEM-EDS等手段证实了中空银纳米结构的存在。2.采用相同的方法在金电极上组装中空银纳米球,以吡啶分子为探针研究了中空银纳米阵列上的拉曼响应,结构显示：中空银纳米阵列上吡啶Py全对称呼吸振动峰强大约是金、银膜上的3倍,同时三角环呼吸峰也明显增大,从而证实中空银纳米阵列具有较强的L-SPR效应。3.通过理论计算与软件模拟,研究了中空银纳米阵列的局域表面等离子效应（L-SPR）和表面等离子效应（SPR）。理论计算结果显示,中空纳米球的L-SPR效应可以通过紫外-可见光谱观测。对于固定内径和外径的中空纳米球阵列,通过紫外-可见反射光谱,可以定量研究溶液折射率与吸收光谱的对应关系；在金膜上制备中空半径为20 nm银纳米阵列,所获得的SPR信号即具有大的响应值,又能与金膜产生的响应值有效分离,从而实现同步的双组分灵敏SPR检测。因此,深入展开中空银纳米阵列上的L-SPR和SPR研究,建立用于同步双组分灵敏检测的SPR技术将是我们下一步工作的目标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 中空纳米材料的合成研究进展
• 1.2.1 纳米级柯肯特尔效应
• 1.2.2 化学腐蚀
• 1.2.3 电偶置换
• 1.2.4 纳米模板介导方法
• 1.3 表征方法
• 1.4 中空纳米材料的应用
• 1.4.1 锂离子电池
• 1.4.2 催化剂
• 1.4.3 生物医药
• 1.5 研究意义
• 第二章 有序中空银纳米球的制备与表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂与仪器
• 2.2.2 配制溶液
• 2.2.3 电化学沉积纳米铜
• 2.2.4 中空银纳米球的制备
• 2.2.5 中空银纳米球的表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 HOPG上铜的电化学沉积
• 2.3.2 HOPG上中空银纳米球的制备和表征
• 2.4 结论
• 第三章 金电极上中空银纳米球的应用初探
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂与仪器
• 3.2.2 溶液配制
• 3.2.3 电极表面沉积组装中空纳米银
• 3.2.4 拉曼表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 金电极上中空银纳米阵列的制备
• 3.3.2 中空银纳米阵列的Raman研究
• 3.3.3 中空银纳米阵列上的L-SPR响应的理论计算
• 3.3.4 中空银纳米阵列上SPR响应的理论计算
• 3.4 小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢