贵金属Au、Ag纳米粒子的可控合成及其表面增强拉曼散射研究

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贵金属纳米材料因其独特的物理与化学性质在光学、微电子和环境检测领域等具有重要的应用,已成为当前纳米科技领域最具活力的一个学科分支。贵金属纳米材料的性能与其尺寸和形貌密切相关。制备出形状、尺寸、组成可控的贵金属纳米结构,特别是具有新颖形貌的纳米粒子,不仅为深化溶液相条件下晶体生长的理论研究奠定基础,而且可以拓展贵金属纳米材料的应用领域。同时贵金属纳米材料的尺寸、形貌和结构对其表面增强拉曼效应具有重要影响。因此,制备不同尺寸和形貌的贵金属纳米材料,对于研究表面增强拉曼散射的形成机理以及促进其实际应用的发展都具有十分重要的意义。  目前关于贵金属纳米材料的制备方法已被广泛报道,但是这些制备方法多数往往需要在高温反应环境,或者在有机溶剂中进行,有时易造成环境污染。同时这种复杂工艺并不符合工业化生产中要求材料合成方法简单、成本低、绿色环保且适合大规模合成的发展趋势。因此可重复性高,方法简单,易于大规模生产的绿色新型合成途径越来越受到人们的关注。本论文尝试通过设计出一种简单有效的水相溶液合成方法,制备具有均匀并且形貌、尺寸及组成可控的Au(Ag)贵金属纳米粒子。借助于SEM、TEM、HRTEM及XRD等表征手段对获得的Au、Ag纳米结构进行了尺寸、形貌、晶体结构及组成的测试与分析。利用罗丹明6G(R6G)分子为探针分子,对制备的Au、Ag纳米结构的表面增强拉曼效应进行了研究。论文主要研究内容及结果包括以下几个方面:  (1)采用牛血清白蛋白(BSA)为生物模板,抗坏血酸为还原剂,在水溶液中还原银氨络离子制备尺寸分布均匀的微/纳米银粉,研究结果表明通过调控反应温度、氨水和前驱体浓度等因素,可以实现对银粉尺寸的可控合成。其中氨水浓度对银粒子粒径具有较大影响,通过调节氨水用量可获得不同尺寸的球形银颗粒(0.2-2.3μm),有望应用于高性能电子浆料的制造。  (2)采用牛血清白蛋白(BSA)和十六烷基氯化铵(CTAC)作为复合保护剂,调节反应温度和CTAC的含量,在水相体系中利用抗坏血酸快速还原硝酸银成功制备了3种不同形貌的花状Ag颗粒,采用R6G为探针分子,对三种形貌的花Ag状颗粒进行了表面增强拉曼散射(SERS)测试。结果表明,当粒子表面粗糙,其表面颗粒之间的间隙越多,其SERS效应越为显著。  (3)采用银纳米线作为牺牲模板,左旋多巴作为还原剂和保护剂,简单而快速的合成了表面高粗糙度的毛虫状金纳米管。进一步的实验表明,通过调整的HAuCl4和左旋多巴的比例,可以控制毛虫状金纳米管的表面粗糙度。由于其独特的结构,如多刺的表面,中空的内部,这些毛虫状金纳米结构表现出优良的SERS性能。  
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