论文部分内容阅读
金属纳米粒子由于其独特的物理、化学性质,如催化活性、新颖的电、光、磁学特性,在纳米科学及工程技术领域引起研究者们的极大关注。其主要应用领域涉及到催化反应、吸附剂、化学与生物传感器、光电器件、信息存储等。然而,纳米粒子由于具有极大的比表面,表面原子配位不足,具有许多不饱和性的表面悬空键和缺陷,极易与其他原子相结合发生团聚而稳定下来。团聚这一问题极大程度上限制了金属纳米粒子的进一步研究及应用。因此,制备高稳定性的金属纳米粒子分散液是当前材料化学领域中的研究热点之一。本文基于DLVO分散理论的考虑,通过设计反应体系,分别制备了多胺和聚丙烯酰胺稳定的高稳定性Ag纳米粒分散液、L-抗坏血酸和多巴胺稳定的高稳定性Cu纳米粒子分散液,并研究了体系的反应及分散机理。此外,通过对小尺寸Ag纳米粒子进行自组装,得到了具有显著表面拉曼增强效应的Ag纳米粒子阵列。
本文主要研究了多胺类化合物/苯肼/异丙醇/Ag纳米粒子分散体系、聚丙烯酰胺/水合肼/水/Ag纳米粒子分散体系、L-抗坏血酸/水/Cu纳米粒子分散体系、多巴胺/水/Cu纳米粒子分散体系。
首先,通过设计一种简单快速的一步还原法,以多胺类化合物及聚丙烯酰胺为稳定剂,直接制备了稳定性高、单分散的油溶性和水溶性Ag纳米粒子分散液。系统研究了反应条件对Ag纳米粒子的粒径、形貌及性质的影响,阐明了反应体系的分散机理。其中,多胺类化合物稳定的Ag纳米粒子为近球形颗粒,形貌均匀,粒径分布窄,粒径均在1～2nm,结晶度高。聚丙烯酰胺稳定的Ag纳米粒子呈现出明显的表面拉曼增强(SERS)活性。所设计的简单快速一步还原法可适用于其他在多种纳米技术领域具有潜在应用价值的纳米粒子的制备。
其次,以天然无毒的维生素C(L-抗坏血酸)及生物分子多巴胺作配合型还原剂,在水溶液中通过简单且环境友好的绿色合成法制备了高稳定性的水溶性Cu纳米粒子分散液。对得到的Cu纳米粒子的粒径、形貌、微观结构及等离子共振吸收等性质进行了研究,分析了L-抗坏血酸及多巴胺在反应体系中的还原及分散机理。所制备的纳米粒子为球形颗粒,形貌均匀,粒径分布窄,粒径均在1～2nm。所得的分散液能在大气下放置保存几个月而不发生任何团聚。这种绿色合成法可以很好的用于生物医学领域。
最后,利用一种简单快速且低成本的对流自组装技术,在特殊的楔形装置中,制备了单层有序的2DSiO2纳米胶体阵列。然后,以该阵列为模板,通过纳米球刻蚀技术与自组装相结合的方法,构筑了具有显著SERS效应的Ag纳米粒子阵列。并对自组装Ag纳米阵列的表面等离子共振吸收与表面拉曼增强性质进行了研究。
综上所述,本文开展此项研究工作的目的在于高稳定性金属纳米粒子分散液的制备,分散机理的探讨以及金属纳米粒子自组装阵列的构筑,为金属纳米粒子分散液及其阵列的推广应用奠定实验基础。