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贵金属纳米晶与外部电磁场具有强的相互作用和大的表面能,这使它们在传感,成像,电子器件,催化,医学等方面具有广泛应用。选择合适的纳米晶作为基元,通过调控各种弱相互作用来得到有序结构的自组装技术,是一种有效的获得具有结构相关性质的纳米材料的方法。贵金属纳米晶的合成和自组装因而成为研究热点。本文以从合成和自组装两个方面研究了贵金属纳米晶的性质和行为。
1.两种成分的贵金属纳米晶,无论是核壳还是合金结构,相比于单种成分的贵金属纳米晶,可以提供更宽的局域表面等离子体共振特性调控。金和银作为两种典型的贵金属纳米材料,在可见光范围内具有强的局域表面等离子体共振。注意到,已经合成的核壳纳米晶大多是通过在金纳米棒或纳米球的核上均匀沉积一层银壳而得到。将通常所用的金纳米球和金纳米棒用金多面体替换,作为核进行生长,得到单分散的金-银核壳纳米晶,并对其光学性质进行了研究。
2.核壳结构贵金属纳米晶的形成过程往往受到核壳元素的晶格常数是否匹配的限制:只有在晶格间距相差很小(<3%)的时候,才能够通过外延生长方式在单晶的核上得到单晶的壳。通过种子生长法得到一种钯-银的异质核壳纳米结构。这种核壳纳米结构的生长模式有别于已有的三种薄膜生长模式,银通过一种非外延的生长模式沉积到钯核上形成具有大量缺陷的银壳层,这些缺陷使得核壳的面之间存在不平行的关系。研究了这种核壳钯-银纳米晶的局域表面等离子体性质,并与理论计算的结果进行了比较,认为银层内的大量缺陷对于核壳纳米晶的光学性质存在影响。
3.贵金属纳米晶自组装的研究中,通过仔细选择组装基元,如考虑其尺寸,形状,分散性,以及相互作用等,可设计得到不同结构和堆积密度的组装体。在这些参数中,粒子形状是一个重要因素,不仅影响单个纳米晶的性质,而且在组装过程中也发挥重要作用。选择不同形状和尺寸的金纳米晶,包括立方体,八面体,菱形十二面体和球形为组装基元进行自组装,得到了尺寸在厘米量级的高度有序的三维自组装结构。通过与球形纳米晶的对比,发现并证实了自组装行为和自组装结构的形状依赖性。具有规则形状的菱形十二面体,八面体,立方体的自组装有序性远优于球形。其中菱形十二面体和立方体遵循最紧密堆积方式,八面体则表现出复杂多变的构型。这种大范围的金纳米晶自组装结构在传感,纳米光子学和光催化等方面均具有重要的应用前景。