一维Au、Ag纳米结构的合成及其等离激元特性研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:ansonx
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贵金属(尤其Au和Ag)纳米结构表面等离激元共振(SPR)光学效应已引起物理、材料、能源、生物医学等领域的广泛关注,其SPR峰位和强度对结构尺寸、形貌、介质环境、组装模式等高度敏感,且可调范围广。在众多贵金属纳米结构中,相比于已经广泛研究的Au纳米棒和Ag纳米线,Ag纳米棒和Au纳米线的研究相对较少。部分实验研究和理论模拟结果表明Ag纳米棒具有比Au纳米棒更加优越的SPR性质和表面增强拉曼散射(SERS)效应,在纳米电子、生物器件、生命科学、光电传感等方面有着潜在的应用。本论文主要围绕Ag纳米棒(包括单金属Ag纳米棒和双金属Au@Ag纳米棒)的制备、光学性质、SERS效应及其稳定性等方面开展实验和理论研究,结合FDTD模拟分析影响SPR的诸多因素。同时对超细Au纳米线的合成及其生长机制进行研究。此外,本工作探索出一种简单有效的利用表面活性剂提纯样品的方法,获得纯度较高的Ag纳米棒和超细Au纳米线样品。具体研究内容和研究成果如下:1.单金属Ag纳米棒的合成及其等离激元特性。基于种子生长法,以Ag纳米颗粒为晶种在碱性条件下快速制备单金属Ag纳米棒。提出一种简单易行的静置沉淀方法提高Ag纳米棒的纯度,通过改变晶种量制备不同长径比的单金属Ag纳米棒。结合光谱和电镜表征结果,分析了单金属Ag纳米棒的生长机制。借助FDTD模拟,研究了单金属Ag纳米棒的SPR性质和局域场分布。对比研究了单金属Au纳米棒、Ag纳米棒的SERS效应。2.双金属Au@Ag纳米棒的合成及其等离激元特性。基于两次种子生长法,先制备Au纳米双锥,然后以Au双锥为晶种诱导合成双金属Au@Ag纳米棒。采用静置沉淀方法获得高纯度、单分散的双金属Au@Ag纳米棒,通过改变Au双锥晶种量、生长溶液中AgNO3的量和Au双锥晶种大小调节双金属Au@Ag纳米棒的长径比。结合实验光谱、电镜表征和FDTD模拟研究了双金属Au@Ag纳米棒的生长机理、SPR性质和局域场分布,并研究了不同壳层厚度对双金属Au@Ag纳米棒SPR的影响。实验结果表明:当反应时间<30 min(对应AgNO3<30μL),SPR随着Ag壳层厚度增加蓝移,当反应时间>30 min(对应AgNO3>30μL),SPR随着Ag壳层厚度增加红移,和理论模拟结果较为吻合。对比研究了单金属Au纳米棒、Ag纳米棒以及双金属Au@Ag纳米棒的SERS效应。结果表明:相比较于SPR可调的单金属Ag纳米棒,双金属Au@Ag纳米棒不仅具有优异的SPR光学特性,且制备纯度高,这为双金属Au@Ag纳米棒替代产率低和低稳定性的单金属Ag纳米棒提供新的途径。3.Ag纳米棒的稳定性研究。针对单金属Ag纳米棒的相对低制备纯度和不稳定性,一方面实验上采取表面增益介质(SiO2)包覆的方法来提高单金属Ag纳米棒的稳定性,理论上借助FDTD模拟研究了Ag纳米棒在SiO2包覆前后的光学性质,计算了Au、Ag纳米棒SiO2包覆前后SPRL吸收峰位与周围介质折射率的灵敏度关系,并分析两种灵敏度的差异。另一方面对比研究了Au纳米棒、Ag纳米棒、Au纳米双锥和双金属Au@Ag纳米棒在常温和激光辐照下的稳定性及其原因。研究结果表明,相比较于单金属Ag纳米棒,孪晶结构的双金属Au@Ag纳米棒(包括孪晶结构的Au纳米双锥)不仅制备纯度高,且具有更高的稳定性,这为Ag纳米棒在光谱学、生物分子检测和等离子体传感等方面的应用提供一定的理论基础。4.超细Au纳米线的合成。以油胺为溶剂、表面包覆剂和还原剂,利用简单的一步还原法制备超细Au纳米线(d<10 nm),通过改变还原剂(油胺和油酸)的体积比调节超细Au纳米线的直径。采用一种简单易行的分离方法获得高纯度的超细Au纳米线。合成出的超细Au纳米线不仅产量高、纯度高,而且纵横比大,其直径可调,线最小平均直径2 nm,线长可达数十微米。结合温度和还原剂用量对样品形貌的影响分析了超细Au纳米线的生长机制,并对其稳定性进行说明。
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