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无机纳米材料的形貌和结构在很大程度上决定了其性质和应用,因此近年来无机纳米材料的形貌控制合成和有序组装受到了广泛关注。有机功能性分子已经越来越多地应用于无机纳米材料的制备与组装,而模板法也是控制无机纳米材料形貌和组装方式的重要方法。本论文主要研究了环糊精及其超分子复合物辅助下金纳米材料的制备与组装以及模板辅助下硫属铅化合物纳米材料的制备与组装。
选择环糊精作为功能性分子,通过非常简单的合成方法,在碱性水溶液中利用α-环糊精还原氯金酸得到了尺寸可控的单分散金纳米粒子。该环糊精包覆的金粒子与甲苯作用后还会发生一维组装,这是由于甲苯分子进入部分环糊精的空腔使得环糊精对金纳米粒子的保护作用减弱引发的。该方法制备的金纳米粒子对于催化对硝基苯酚还原具有较高的催化活性,粒子组装薄膜也表现出较好的表面增强拉曼散射(SERS)活性。
在十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)和β-环糊精(β-CD)的混合水溶液中利用DTAB/β-CD超分子复合物的调控作用合成了具有新颖的平面枝状形貌的金纳米结构。研究发现,DTAB/β-CD超分子复合物的形成在枝状金的合成中起到了至关重要的作用,这表明表面活性剂和环糊精构筑的超分子复合物能够用来实现对金纳米结构的形貌调控。所制备的金纳米枝在电催化和SERS等方面也都显示出良好的性能。
通过溶剂热转化的方法,在乙二醇中以Se纳米管作为反应性模板,成功制备了形貌保持的PbSe纳米管。该转化是由Se纳米管的外壁开始进行的,通过反应时间的改变可以调节PbSe纳米管的壁厚以及Se@PbSe复合纳米管的成分。此外,初步的电化学测试表明该PbSe纳米管具有较好的电化学活性。
通过制备单分散的PbS纳米六角星基元,利用溶剂挥发诱导的组装方法成功实现了PbS纳米星的有序组装,分别得到了密堆积排列结构和图案化二维有序排列结构,并借助于单层胶体晶体模板的辅助诱导作用,实现了对纳米星排列取向的有效调控。这是六角星纳米基元有序组装的首次报道,其星形纳米基元的有序排列和一致取向使得组装体在光电和光子器件方面有应用前景。而以金纳米棒作为基元,采用完全相同的组装策略,同样可以实现金纳米棒的有序组装。
综上所述,本论文主要研究了环糊精及其超分子复合物在制备和组装金纳米材料中的应用,以及模板法在制备和组装硫属铅化合物纳米材料中的应用,为无机纳米材料的合成和组装提供了两条简单有效的途径。所得特殊形貌及特定组装方式的材料在催化、传感及制备纳米器件等方面有潜在的应用价值。