金纳米结构的控制合成及其自组装研究

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由于金纳米结构的尺寸、形状和图案结构决定了其性质及应用,因此世界各国科学家都投入大量精力研究金纳米结构的形貌可控合成。在各种各样的纳米结构中,分级结构表面拓扑的金纳米结构因其具有大比表面和高活性位点等特点而备受关注。目前虽然已经发明了多种合成金纳米分级结构的方法,但是开发一种廉价、简单、能够控制的合成具有精确表面结构的合成方法仍然是目前研究热点和难点。   第一部分,我们利用树枝状多氨头基表面活性剂C18N3为模板,抗环血酸(AA)为还原剂成功合成了独特的、单分散的、分级结构纳米金花。利用此方法制备的纳米金花在水溶液中可以稳定存在几个月,其尺寸、形状、表面拓扑都均没有明显的改变。实验证明C18N3和HAuCl4之间的络合作用是形成单分散纳米金花的一个必要因素。通过改变C18N3、HAuCl4、AA的浓度比例,我们可以控制不同形貌和尺寸的金纳米结构。我们进一步讨论了纳米金花的生成机理:首先,C18N3和HAuCl4相互作用形成络合物,此复合物决定了纳米金花核的尺寸;然后AA还原HAuCl4促进表面晶体生长,决定了纳米金花表面层的厚度和拓扑。利用罗丹明(R6G)分子为探针分子,我们研究纳米金花的表面拉曼增强散射(SERS),证明此方法制备的纳米金花在表面拉曼增强散射方面有潜在应用价值。   第二部分,利用种子生长法,我们成功合成了具有长的、高密度的表面分支的金纳米分支结构。通过改变金种子和抗坏血酸(AA)的浓度,可以对分支长度和密度进行调节,进而影响金纳米分支结构的局域表面等离子体吸收峰(LSPR)的位置。随着金纳米分支的长度和密度改变,LSPR吸收峰可在530nm与1100nm范围内改变。我们进一步推测了合成机理:树枝状多氨头基表面活性剂C18N3作为结构导向剂是生成此纳米纳米分支结构的主要原因。我们进一步此外我们还研究了此纳米金分支结构在表面拉曼增强散射方面的应用,证明此纳米金分支结构在表面拉曼增强散射传感方面有潜在的应用前景。   第三部分,在多氨头基表面活性剂C18N3存在下,我们利用种子生长法成功制备了尺寸和形貌均一的纳米金花。利用此方法制备的小尺寸纳米金花的产率接近100%,无任何副产物。C18N3保护的纳米金花具有正的Zeta电势(40eV),因此该纳米金花在水溶液中具有非常好的稳定性,在几个月内不会沉淀和变形。我们利用mPEG-SH高分子取代其表面的C18N3,得到了Zeta电势为17eV、水力学半径明显增大的纳米金花,说明C18N3分子只有部分被取代。经过分析认为这种现象可能是由纳米金花粗糙的表面结构造成的。mPEG-SH保护的纳米金花在高浓度时,可以像准球体一样克服彼此之间的旋转和空间位置自由度,因此我们制备了大面积、紧密排列的2D纳米金花组装结构。
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