本文主要采用低电压电沉积、沟槽引导电沉积、超声电沉积等方法在溶液中、导电薄膜基体和球形介电颗粒表面制备了一系列不同形态、尺寸和组装图案的纳米金属颗粒。这些颗粒的形貌包括八面体、花状、树枝状、球形、椭球形、单分散粒子和连续的包覆层,等等。利用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、选区电子衍射(SAED)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和X射线能谱(EDX)等分析技术对产物的形貌、尺寸、成分、分布和晶体结构等进行了详细表征。研究了不同反应参数对产物的影响,并根据实验结果详细探讨了电化学引发金属晶体在电解液中和基体表面的形态控制生长、沟槽引导的选择性沉积和纳米包覆的机理。对不同形貌的金属纳米结构材料和SiO2/Ag复合颗粒的光学、表面增强拉曼散射等性能进行了深入研究。另外,利用原位TEM观察技术,研究了Ag纳米粒子在球形SiO2基体表面的热稳定性。研究工作概述如下：　　 ⑴铜八面体纳米颗粒的制备、表征、形成机理及其性能研究。基于电化学技术的电压、电流可精确调控性,采用低电压电沉积法,首次在不需要任何添加剂的情况下成功合成了大面积、分布均匀、单分散的八面体纳米铜颗粒。分别采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、选区电子衍射(SAED)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和X射线能量色散光谱(EDX)等分析技术对产物的形貌、尺寸、组分和结构进行了较为详细的表征。结果表明,低电压驱动生长过程中八面体铜颗粒的形貌演变与以往报道的湿化学法中(八面体颗粒形貌演变)的情况完全不同。纳米八面体铜颗粒的尺寸可以通过简单改变沉积时间来进行调节,边长在500-2500 nm范围内的八面体铜颗粒被成功制得。此外,基于对反应参数的探讨,提出了可能的低电压电化学生长机理:在合适的反应条件下,金属首先在基体表面瞬间成核,随后晶体的各向异性生长仅仅取决于金属各个晶向的表面能差异。　　 ⑵花状银纳米结构的合成、形成机理及其微区表面增强拉曼散射效应。发展了一种简单、可控的电化学法,在Pt薄膜基体表面一步合成了具有独特微结构的三维花状银。这种方法不需要任何添加剂、模板或修饰电极表面,所制得的花状银纳米结构是由相互交叉的二维纳米片所构成。银纳米结构的形貌、直径和纳米片的分布密度可以通过改变电沉积参数进行有效调节。由于特殊的表面结构,这种花状银纳米结构表现出了较强的微区表面增强拉曼散射效应,并且随着银纳米片密度的增加增强效应变得更加明显。基于实验结果,探讨了花状银纳米结构在Pt薄膜基体表面的电化学生长机制。这一研究对负载型金属纳米结构材料的形貌控制合成具有指导性的意义。　　 ⑶沟槽引导的选择性电沉积法制备与组装金属纳米结构材料。通过电沉积技术,实现了沟槽引导铜、银纳米颗粒的可控生长、组装。通过尝试不同的电沉积条件,制各了由纳米颗粒排列形成的连续或不连续的银、铜纳米线。这些纳米线都是沿着铂膜表面上的沟槽生长的,纳米线的长度甚至可达毫米级。研究发现,这种选择性电沉积与沟槽的宽度和深度以及电压大小有关。此外,结合电沉积形貌控制原理,初步探索了沟槽引导电沉积法制备不同形貌金属纳米结构的线状分布,实现了球形、八面体纳米铜颗粒以及团簇、近球形和花状银纳米结构沿沟槽的线状分布。这一研究实现了金属纳米结构材料真正意义上的可控组装,为光电耦合新型纳米器件的制备提供了一条新的思路。　　 ⑷不同形貌银纳米结构的湿化学法合成及其性能研究。采用超声电化学技术,在PVP存在的情况下,制备了银枝晶纳米结构、球形和椭球形的银纳米颗粒,并详细分析了随PVP浓度和电压的降低,银枝晶精细结构和银纳米结构形貌的变化。根据实验结果,探讨了银颗粒形貌随反应条件与热稳定性之间距离的变化而变化的规律,并采用导向附着(oriented attachment)原理阐明了银枝晶的形成机理。此外,采用简单的微波合成法快速合成了大量单分散的银纳米粒子。对比实验表明,微波辐射对银纳米粒子的形成是必需的,而且微波的非热效应在银纳米粒子的形成过程中起到了非常关键的作用。紫外-可见吸收光谱测试表明,PVP为还原剂加热制得的黄色银粒子胶体溶液在大约455nm处有一个相对较宽的吸收带,而对于微波法制得的绿色银胶体溶液而言,一个更加尖锐、强度更强吸收带在大约410 nm处出现,相比之下,蓝移了约45 nm。此外,一个对应于纵向模式的等离子带隙的肩峰在670 nm附近出现。　　 ⑸SiO2-Ag纳米复合颗粒的制备、形成机理及光学性能研究。将简单的一步超声电沉积法应用于在胶体SiO2球表面可控沉积银纳米粒子,从而制得介电/金属复合颗粒。这一方法非常简单、直接,不需要提前制备银纳米粒子和对SiO2球表面进行功能化修饰。在适当的反应条件下,在二氧化硅微球表面成功沉积了单分散且分布均匀的银纳米粒子(8-10 nm),此外,通过控制反应条件,厚度低于20 nm的均匀银层也被成功沉积到SiO2球表面的表面。探讨了获得不同银沉积态的原因,并研究了不同银沉积量的复合颗粒的UV-vis光学性能。根据实验结果,详细探讨了在介电胶体SiO2球表面超声电沉积银纳米粒子的可能机理。　　 ⑹球形SiO2表面的银纳米粒子的形貌转变和热稳定性研究。采用透射电子显微镜原位观察(in-situ TEM)技术和示差扫描量热(DSC)分析法系统研究了银纳米粒子在球形SiO2基体表面的形貌演变和热稳定性。最初银纳米粒子在室温时是半球形的,平均半高宽为9 nm。当加热温度低于550℃时,银纳米粒子的形貌没有明显的变化。当加热温度在550-700℃之间时,银纳米粒子的表面原子扩散和表面预熔化促使其形貌有半球形逐渐转变为球形。当加热温度到达750℃时,球形的银纳米粒子从SiO2球基体的表面脱落。根据TEM原位观察和DSC分析结果,我们提出了银纳米粒子从SiO2球表面脱落的机理。　　 ⑺多孔碳球的制备及其在负载银纳米粒子方面的应用。采用改进的水热合成法,制备了单分散的亚微米多孔碳球(NCSs)。碳球表面纳米孔的尺寸大约为0.3 nm,孔间距大约为0.2 nm。系统研究了反应参数(反应温度T、蔗糖溶液的初始浓度C、水热罐填充率r等)对碳球表面粗糙度、球直径、纳米孔的形成和孔尺寸等的影响。结果表明,合成单分散的NCSs的比较理想的C和T分别为0.3 M and190℃。NCSs的直径随着水热罐填充率r的降低而增加,当r低于某一数值时,碳球的表面变得比较光滑。而且,碳球的直径随着反应时间的增加而增大。以NCSs为基体,采用超声电沉积法将银纳米粒子成功沉积到了NCSs的表面。生成的银纳米粒子具有很好的单分散性(12-16 nm)、均匀的分布和高的颗粒密度。