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贵金属纳米材料因其独特的催化性质、电学性质和光学性质,已经成为纳米科技领域中最富有活力的分支学科,从而受到了研究者们极为广泛的关注。研究表明,这些性质通常与贵金属纳米晶体的尺寸、形貌(或晶面)、组成和表面结构等因素密切相关。因此,对贵金属纳米晶体尺寸和形貌的可控合成是对其相关性质研究和将其在各领域应用的前提和基础。而在这些影响因素中,纳米晶的形貌和表面结构对其性质的调控更是研究的热点。例如,近期对具有高能面和高指数面贵金属纳米晶的控制合成及相关性质的研究成为了贵金属纳米材料这一领域的新焦点。与此同时,双金属纳米材料(尤其是具有核壳结构的)也受到了广泛关注和深入研究,这主要是因为它为材料光学性质和催化性质的调控提供了一种新的方式。对于核壳结构纳米晶体尺寸和壳层厚度的精确控制不仅是对合成技术的挑战,更是对其某些物理化学性质临界变化值研究的关键。此外,对于贵金属纳米晶成核和生长机理的研究一直以来也备受瞩目。本论文选取贵金属纳米材料中最具代表性的金属金(Au)和银(Ag)作为研究对象,对纳米晶形貌和尺寸的控制、核壳结构壳层厚度的精确控制、晶体表面结构分析、表面等离子共振性质及晶体生长机理等方面的研究展开了相关工作,主要获得了以下结果或结论
1)通过一种非常简单的液相化学还原法在室温下成功合成了具有高指数晶面(如{221})的二十四面体Au纳米晶,这种结构的Au纳米晶在电化学行为上既不同于各种低指数表面裸露的单晶金电极,也不同于普通的多晶金电极。这也是用湿化学法制备高指数金属纳米晶的首次报道。
2)通过晶种法在有机相中成功合成了具有特殊削角结构的十面体Au纳米晶,这种结构的削角面全是高能{110}晶面。这一实验结果丰富了以AuCl/oleylamine为前驱物合成形貌各异的Au纳米晶的研究工作。这种Au纳米晶表面存在的大量高活性{110}面使其有望在催化等领域得到应用。
3)通过多步晶种法合成了尺寸非常均匀的Au纳米球,并在此基础上实现了对Au@Ag核壳纳米立方体尺寸和壳层厚度的精确控制。经过系统地研究不同Ag壳层厚度下Au@Ag纳米立方体的表面等离子共振性质,我们发现:当Ag壳层厚度大于某个临界值--3nm的时候,Au核的表面等离子共振将被Ag壳完全屏蔽。
4)在晶体生长机理方面,我们将单晶Ag纳米晶合成过程中的氧化刻蚀机理由亲水体系推广至疏水体系,并控制合成了边长约13.5 nm的Ag纳米立方体,而这一尺寸的Ag纳米立方体在亲水体系的合成中很难获得。
在本论文的最后一章,我们还介绍了通过电化学沉积法可控合成出具有不同形貌的Cu2O微/纳米晶。影响Cu2O微/纳米晶尺寸和形貌的主要因素包括:电解质(CuSO4水溶液)的浓度、沉积电流密度和沉积时间等。非常有趣的是,当沉积电流密度极低时,可以得到两种奇特的“花状”Cu2O微/纳米结构。通过仔细分析和研究它们电子衍射点的强度,我们首次提出这两种基于多面体的花状Cu2O结构实际上具有多重孪晶的本质。