金、银纳米颗粒及其纳米壳层的制备、形成机理与光学性能研究

论文摘要

金、银纳米颗粒及其纳米壳层在电学、光学、表面催化和传感等领域表现出优异的物理和化学特性，可作为介电材料、电极材料、光学标签、光敏感材料、生物传感器以及拉曼增强基底等，有着广泛的应用前景。本论文采用液相化学还原法和表面种子诱导法，分别制备出三角形银、三角形金纳米片和纺锤形银、金和金银双金属纳米壳层，借助于透射电镜（TEM）、扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、紫外可见吸收光谱（UV-Vis）、拉曼光谱（RS）等现代测试技术对金银纳米颗粒及其纳米壳层的尺度、形状、结构特点、光学特性及其形成机理进行了较为系统的研究。 在非光参与的条件下，硝酸银被强弱两种还原剂（硼氢化钠和柠檬酸钠）分步还原，硼氢化钠还原产生的少量小尺寸（≤10nm）初级球形银纳米颗粒在表面活性剂聚氧乙烯十二烷基醚（BRIJ35）分子的诱导作用下，随着硝酸银被柠檬酸钠进一步还原，在不同反应温度下经不同生长方式转变形成三角形银纳米片。在80℃条件下，先形成小尺寸的形似三角形的银纳米颗粒，后直接长大形成三角形银纳米片；在40℃和60℃条件下，初级银纳米颗粒先聚集成线，形成三角形银纳米框架，后经填补不断密实，长大形成三角形银纳米片。三角形银纳米片的边长尺寸随着反应温度的降低、BRIJ35分子或硼氢化钠有效浓度的降低而增大，其三角形貌的完整性随着BRIJ35的浓度的偏低或偏高以及硼氢化钠浓度的升高而降低，同时对溶液的PH值非常敏感。在紫外可见吸收光谱中，三角形银纳米片具有三个特征吸收峰，分别对应其面外四极、面内四极和面内双极共振吸收，其中面内双极共振吸收峰随着三角形银纳米片边长尺寸的增大而不断红移，最大可红移到800nm以外更长波区。 三角形银纳米片在有机分子十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）中溴离子和有机基团的作用下，形貌发生重塑。三角形银纳米片在高浓度CTAB分子的作用下经历截角三角形、椭圆形的变形，最后转变形成圆片形银纳米颗粒；在中等浓度CTAB分子的作用下，转变形成纺锤形银纳米片；在较低浓度CTAB分子的作用下，转变形成棒状为主的银纳米颗粒。随着银纳米颗粒形貌的变化，其光吸收性能也相应改变。 80℃～40℃三种温度条件下经不同生长方式形成的三角形银纳米片，自组织行

论文目录

• 声明
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 金、银纳米颗粒的制备进展
• 1.1.1 球形金、银纳米颗粒的制备
• 1.1.2 棒状金、银纳米颗粒的制备
• 1.1.3 三角形金、银纳米颗粒的制备
• 1.2 金、银纳米壳层的光学性质与制备研究
• 1.2.1 金银纳米壳层的光学性质
• 1.2.2 金银纳米壳层的制备
• 1.3 金、银纳米颗粒及其壳层的稳定化
• 1.4 金银纳米颗粒及其壳层的表征方法
• 1.4.1 紫外—可见吸收光谱法
• 1.4.2 X射线法
• 1.4.3 电子显微镜（透射电镜、高分辨电镜和扫描电镜）
• 1.4.4 扫描隧道显微镜／原子力显微镜
• 1.5 本论文的研究意义及内容
• 参考文献
• 第二章 三角形银纳米片的制备、表征及其形成机理
• 2.1 实验主要试剂与设备
• 2.2 实验方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 不同反应温度下三角形银纳米片形成的两种方式
• 2.3.1.1 80℃条件下三角形银纳米片的形成过程
• 2.3.1.2 60℃条件下三角形银纳米片的形成过程
• 2.3.2 强还原剂硼氢化钠浓度对三角形银纳米片尺寸和形貌的影响
• 2.3.3 BRIJ35浓度对银纳米片形貌和尺寸的影响
• 2.3.4 溶液PH值对银纳米片形貌的影响
• 2.3.5 不同表面活性剂对银纳米片形貌的影响
• 2.3.6 还原剂种类、还原剂与表面活性剂的搭配对银纳米片形貌的影响
• 2.3.7 非光条件下三角形银纳米片形成机制
• 2.4 小结
• 参考文献
• 第三章 有机分子CTAB对银纳米颗粒形貌的影响
• 3.1 实验主要试剂与设备
• 3.2 实验方法
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 CTAB浓度对银纳米颗粒形貌的影响
• 3.3.2 CTAB作用下三角形银纳米片转变为圆片形银纳米颗粒的过程
• 3.3.3 溴离子对银纳米颗粒形貌的影响
• 3.4 小结
• 参考文献
• 第四章 三角形银纳米片的自组织行为及其表面增强拉曼特性
• 4.1 实验主要试剂与设备
• 4.2 实验方法
• 4.3 实验结果与讨论
• 4.3.1 三角形银纳米片的自组织行为
• 4.3.2 三角形银纳米片高取向性多层膜的表面增强拉曼特性
• 4.4 小结
• 参考文献
• 第五章 三角形金纳米片的制备、表征及其形成机理
• 5.1 实验试剂及主要设备
• 5.2 实验方法
• 5.3 实验结果与讨论
• 5.4 小结
• 参考文献
• 第六章 纺锤形银纳米壳层的制备及其表面增强拉曼特性
• 6.1 实验试剂及主要设备
• 6.2 实验方法
• 6.3 实验结果与讨论
• 6.3.1 纺锤形铁黄（β-FeOOH）的表征及其光吸收特性
• 6.3.2 PEI浓度对银纳米壳层形成的影响
• 6.3.3 纺锤形银纳米壳层的形成过程及其光吸收特性
• 6.3.4 纺锤形银纳米壳层的表面增强拉曼特性
• 6.4 小结
• 参考文献
• 第七章 纺锤形金、金银双金属纳米壳层的制备及其光学特性
• 7.1 实验试剂及主要设备
• 7.2 实验方法
• 7.3 实验结果与讨论
• 7.3.1 纺锤形金纳米壳层的形成过程及其光吸收特性
• 7.3.2 纺锤形金银双金属纳米壳层的形成过程及其光吸收特性
• 7.3.3 原始银种子量对双金属纳米壳层厚度及其光吸收特性的影响
• 7.3.4 沉积方式对双金属纳米壳层光吸收特性的影响
• 7.4 小结
• 参考文献
• 第八章 结论
• 致谢
• 作者简历
• 作者攻读博士学位期间已发表和待发表的主要论文