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贵金属的纳米颗粒由于其表面等离子体(SPR)方面的独特性质及与SPR相关的应用而受到人们的广泛关注。由于它们的SPR峰位、峰强度、峰数目都与颗粒的形状尺寸密切相关,所以贵金属纳米颗粒形状控制的合成是目前一个研究的热点。然而,目前大部分的合成方法都是经验性的,人们要想按照预期的设想有意识的去控制纳米颗粒的生长过程及最终形状仍然是一个挑战。近年来,具有较短长径比的单晶金纳米棒(Au NRs)已经能够高产量高质量的合成,而且它们具有非常独特的晶体结构:侧面由四个{110}面和四个{100}面交替组成,顶端由四个{111}面和四个{110}面封口,这使它们成为引导别的金属生长的较好的硬模板。在本论文中,我们研究了以Au NRs为晶种的双金属核壳纳米结构的合成,并仔细分析了它们的结构、生长机理及光学特性。
本文分六章,第一张是绪论,简述了金属纳米线、纳米颗粒的合成方法、组装方法及应用。
第二章主要介绍了Au NRs的合成方法, Ag+的浓度用来调整Au NRs的长径比。经过聚苯乙烯磺酸钠(PSS)表面改性的Au NRs可以在有机溶剂中分散并稳定,它们的SPR峰随溶剂折射率改变的灵敏度因子与长径比成正比。通过树状分子与聚电解质AuNRs可以在衬底上进行Iayer by layer的组装。
第三章中使Au原子在Au NRs上继续沉积,通过调整反应条件,{110}面由Au NRs合成中被抑制生长变成了优先生长,形成了箭头状纳米棒和八面体。这是用种子调制的方法在水溶液中首次合成了这两种形状的金纳米颗粒。我们认为Ag在AuNRs不同晶面的选择性欠电位的沉积被阻隔是{110}面生长模式发生转变的原因,能量最低化成为生长的驱动力。
第四章中,研究了Pd在Au NRs的{110}面和{100}面上竞争生长的行为,其结果就是不稳定的{110}面都消失了,所有面均为{100}面的长方体状的Au@Pd双金属核壳纳米棒形成,能量最低化为生长的驱动力。而且这种Au@Pd双金属纳米棒可以将Pd的SPR吸收带从紫外区域推到可见光甚至近红外区域,使其SPR、SERS特性显著改善。与原来的Au NRs相比,包覆了Pd的双金属纳米棒的SPR峰对介质折射率的改变具有更高的灵敏度,且灵敏度因子随Pd层厚度的增加而增加,实验值与理论分析相符合。
第五章中Au NRs被用来做为种子调制了Ag的结构。除了在Au NRs的表面均匀沉积外,各向异性的沉积模式也被观察到,最终生成了桔瓣状的Au@Ag核壳结构的纳米颗粒。我们认为这种生长行为是能量最低化与表面活性剂分子CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)对Ag{110}面稳定作用竞争而达到平衡的结果。而且通过实验我们可以得出一个重要的结论:CTAB分子与不同金属之间不同的相互作用可以被用来调整双金属纳米结构的形貌。
第六章,结论。