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金属纳米簇在生物成像、化学传感、生物标记等方面具有很广的应用。其中,金、银纳米簇因优异的发光性能而被广泛研究和使用。但它们价格昂贵。铜纳米簇具有成本低,尺寸小及大的斯托克位移,有望成为金、银的替代品。然而,铜纳米簇易氧化,不稳定性的缺点。利用核-壳结构有利于保护材料中的核免于被空气氧化。本论文研究铜纳米簇的制备及其影响因素,探究铜纳米簇的结构组成及其对光学性能影响因素。具体的研究内容分为以下几个部分: (1)深入研究了铜纳米簇在水溶液中的存在形式。这与其稳定性和光、电、催化性能密切相关。研究发现纳米簇是由5个铜原子的核构成,和正一价铜与TGA配合物形成的壳,组成的核壳结构。这种结构具有很强的抗氧化能力,而且对改善光学性能具有重要意义。 2)在铜纳米簇尺寸研究中,考察TGA浓度对铜纳米簇的尺寸及光学性能影响。研究发现,TGA的浓度能够调控Cu(0)@Cu(Ⅰ)-TGA核-壳材料颗粒粒径,从而改变材料的发光性能。较高浓度的TGA(pH=3)导致纳米簇颗粒间的交联和团聚(粒径75 nm);较低浓度(pH=5.8)下,由于TGA自组装层数少,核-壳材料的粒径仅为1nm左右。过大及过小粒径材料的荧光效果均不理想。相反,粒径为2.5nm核-壳材料(pH=4)展示了良好的紫外激发荧光发光性能。 3)在此基础上还研究了不加还原剂水合肼,采用超声处理TGA的铜盐溶液所形成的铜纳米簇。研究发现,超声处理能够增强TGA的还原能力,以致同样形成了Cu0@Cu+-TGA核-壳材料。pH=2.4、pH=3铜纳米簇的溶液具有荧光,并且pH=3的溶液荧光较强,而pH=4的溶液没有荧光。其中主要的原因在于TGA的超声还原作用,有效地控制了粒子的粒径,从而影响其光学性能。 4)研究了不同配体及pH值对铜纳米簇的形成及光学性能的影响研究。一方面,通过三辛基甲基氯化铵和十六烷基三甲基溴化铵的交替使用,能够有效改变铜纳米簇的发光性能,产生不同颜色的铜纳米簇。另一方面,巯基乙酸和三乙烯四胺对溶液pH值的调节能够影响铜纳米簇的发光性能。发射波长随pH值增大而红移、量子产率随pH值增大先增大再减小再增大。发射强度也能够随着溶液的浓度减小而增大。这些结果均是首次发现的。 在此基础上,铜纳米簇在生物成像中的应用研究。通过大肠杆菌作为参考对象,考察铜纳米簇在生物成像方面的实际运用,发现铜纳米簇,毒性较低,能有效提高大肠杆菌的光学成像能力。