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近来,纳米/微米结构材料因为具有良好的科学研究价值和应用前景,而引起了广大科研工作者的关注。随着科学技术的发展,人们对具有良好性质的纳米/微米结构材料的需求也越来越高,而纳米/微米结构材料的性质在很大程度上决定于纳米/微米结构材料的尺寸和形貌,因此对纳米/微米结构材料的可控合成也成为了科研工作者面临的一个巨大挑战。本工作利用胶体化学的角度,应用树枝状多胺头表面活性剂,探讨了对金和氢氧化铜等一些无机纳米/微米结构材料的可控合成、生长机理及性质研究等方面的问题。
本文第一部分以研究树枝状多胺头表面活性剂分子(C18N3)对金纳米/微米片状结构的制备、生长机理及性质研究为主。(1)由于C18N3既可作为还原剂又可作为保护剂。因此,通过简单调节反应体系中的C18N3/HAuCl4摩尔比,就可以得到不同形貌的金纳米/微米结构:当在混合溶液中的C18N3/HAuCl4的摩尔比大于27.8时,所得到的是粒径大约为20~50nm球形的金纳米粒子;当在混合溶液中的C18N3/HAuCl4的摩尔比为6.9~27.8时,得到的是边长约500nm的金十面体结构;当调节C18N3/HAuCl4的摩尔比为0.87~6.9时,得到的是厚度约为100nm的金二维片状结构。(2)当保持C18N3/HAuCl4的摩尔比为0.8675~6.94,但是调节C18N3的浓度为2~0.1mM时,所得到的二维片状结构其大小可以从15μm调节到20nm。(3)我们还研究了金纳米片的生长机理,研究发现在反应发生后的几分钟内,C18N3就能将HAuCl4的还原成零价的金,得到了粒径大约为20~30nm的球形粒子,随后这些纳米粒子会聚集成大小大约200nm的纳米结构,最后在表面活性剂分子C18N3的作用下生长成各种形貌的金晶体。(4)通过表面增强拉曼光谱(SERS)证明金纳米片能够比金正十面体纳米结构和金纳米球形颗粒更有效的提高抗坏血酸分子在表面增强拉曼光谱中的强度。
本文第二部分主要是考察了C18N3对氢氧化铜晶体的可控合成及得到的氢氧化铜纳米/微米结构的催化效应。(1)在C18N3的作用下,用水热法法合成出形貌单一的纳米/微米尺寸的氢氧化铜晶体,其包括:海胆状、鸡蛋状、纤维状、细条状、棒状、长方形、圆盘状、椭圆状、带状。(2)研究了带状氢氧化铜晶体的生长机理,研究发现在反应发生后的几分钟内,就有十几纳米的氢氧化铜晶种生成,随后这些纳米粒子会聚集成初步成形的带状结构,最后在表面活性剂分子C18N3的作用下生长成带状结构的氢氧化铜晶体;在同样条件下,当不加入C18N3时,得到的是无定形的氢氧化铜晶体。因此,我们认为在C18N3在晶体生长过程中具有重要作用。(3)通过用过氧化氢氧化间苯二酚的反应可以看出,所得到的各种形貌的氢氧化铜晶体均具有比无定形氢氧化铜更好的催化效应。
本文第三部分主要是研究与C18N3具有相似分子结构的CXN3(X=16、14、12)对金纳米/微米结构的形貌可控合成,并应用电化学方法比较了这四种表面活性剂还原能力的大小。(1)用这四种表面活性剂分子分别制备出不同形貌的金纳米/微米结构,包括:二维片状结构、破碎的薯片状结构、沙漠玫瑰状结构和榴莲状结构。(2)表面增强拉曼光谱(SERS)证明,获得的金纳米/微米结构能够有效的提高三聚氰胺分子在表面增强拉曼光谱中的强度。(3)用电位差计测量了这四种表面活性剂分子与氯金酸反应时候的电动势。结果表明CXN3分子通过与AuCl4-的络合而影响反应体系中存在的自由Au3+浓度,而体系中自由Au3+的浓度,直接决定了产生的金晶种的多少,进而影响金晶体形貌的完美程度。