论文部分内容阅读
贵金属纳米材料在入射光的照射下会发生比较剧烈的电荷集聚和振荡效应,产生的表面等离激元或局域表面等离激元会形成表面局域和近场增强效应,可应用于很多领域。而且电子振荡的产生对材料的尺寸以及形状等物理参数的改变比较敏感。三角形银纳米片由于其形态与尺寸改变而得到的优良光学可调控特性引起了人们的重点关注,并在表面增强拉曼光谱(SERS)中得到了广泛的应用。而将三角形银纳米片应用于聚合物太阳能电池中,可以运用其表面等离子体共振而引起的局域场增强的特性(LSPR),将太阳光有效地捕获到活性层中从而切实的提高聚合物太阳能电池的光吸收和光电转换效率。本论文围绕三角形银纳米片在聚合物太阳能电池及表面增强拉曼中的应用进行研究,主要内容分为以下三部分:一、三角形银纳米片的制备。本文采用种子生长法与配体辅助还原法来制备三角形银纳米片,同时进行尺寸调控,探索在不同实验条件的银纳米片尺寸的变化规律。研究结果表明,配体辅助还原法合成三角形银纳米片的最优条件为:硝酸银:柠檬酸钠:过氧化氢:硼氢化钠的物质的量的比为35:225:64:250,在此条件下获得的三角形银纳米片边长为45 nm左右、厚度为4.5 nm,且形成良好的三角形态和具有完整的尖端。种子生长法合成三角形银纳米片的最优条件为:种子溶液中硝酸银:柠檬酸钠:硼氢化钠的物质的量的比为5:72:6;生长溶液中硝酸银:柠檬酸钠:聚乙烯吡咯烷酮:抗坏血酸的物质的量的比为30:450:102:125;在此条件下,形成的三角形银纳米片形态良好,可以重复稳定制备。种子生长法相对于配体辅助还原法制得的三角形银纳米片具有较好的微观形态、产率及稳定性,且LSPR的波长在500-900 nm范围内可容易调控。二、三角形银纳米片在SERS中的应用。实验发现配体辅助还原法制备的三角形银纳米片体系具有较高的基线,会掩盖拉曼信号的特征峰,不利于SERS的研究。而种子生长法制备的银纳米片则无此缺点,将其应用于悬浮液聚集体与固相聚集体的SERS中,极大地提高了罗丹明6G(R6G)的拉曼光谱的最低检测限(分别为3.125×10-7M及10-11M),且拉曼峰强度与R6G浓度之间具有较好的线性关系。另外,当银纳米粒子的LSPR波长与激发光的波长相符时,将会最大限度使表面等离子体共振得到激发,增强后的电磁场将使拉曼散射得到最大限度增强。进一步,通过在固相聚集体中复合石墨烯水凝胶,在悬浮液聚集体中添加巯基-聚乙二醇进行表面拉曼增强光谱的优化,皆取得了一定进展。三、三角形银纳米片在聚合物太阳能电池中的应用。通过将银片嵌入聚合物太阳能电池的ITO与ZnO层之间,利用银纳米片产生的LSPR特性所带来的近场增强效应和纳米粒子本身对入射光的散射作用来提高器件对光的吸收,进而提高电池的光电转换效率。在基于PTB7:PC7iBM倒置结构的聚合物太阳能电池体系中,获得的短路电流密度达到9.16 mA/cm2,开路电压为0.696 V,FF为57.03%,能量转换效率达到3.64%,与未添加银片的电池相比,转换效率提升了 1.56倍。