贵金属纳米颗粒的制备及其自组装的研究

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贵金属纳米材料因其独特的光学、电学、催化以及化学性质引起科学界广泛的关注。纳米粒子的大小和形状是影响纳米材料性能的重要因素,将纳米粒子组装成二维或三维结构可以产生许多新的特性。本文采用化学法制备了球形Au纳米粒子,并利用电泳沉积将其组装成二维有序结构。通过光还原法制备了不同形貌的Ag纳米颗粒,并对三角形银纳米粒子进行了电泳沉积组装。借助TEM、UV-Vis等测试手段对材料的尺度、形貌、结构特点和生长机理等进行了研究。以HAuCl4为前驱体,通过柠檬酸钠还原制得粒径均一、分散性好的球形金纳米粒子。实验表明,柠檬酸钠用量越多,所得金颗粒粒径越小,尺寸分布越均匀,分散性也越好。增大反应物整体浓度,金纳米粒子的粒径变小,但浓度过大,溶胶稳定性下降。利用自制半透膜的渗析作用降低金溶胶的电导率,然后再进行电泳沉积组装。实验发现,增大金纳米粒子的浓度或提高沉积电位,都可以增大粒子的覆盖面积,结构也更加致密。但金粒子浓度过高时会使体系稳定性较差,沉积电位过高也会引发副反应发生,因此粒子浓度应控制在1mg/L左右。最佳沉积时间为100s,继续沉积将会在已形成(组装)的粒子层表面出现第二层金粒子,但基底表面的覆盖度变化不大。以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为稳定剂,以柠檬酸钠为还原剂,通过光还原法制备了不同形貌的银纳米粒子。光源和稳定剂(PVP)是影响粒子形貌的主要因素。在光的作用下,银粒子的生长取向出现差异,在波长为253.7nm的光源照射下反应主要生成棒状纳米粒子,在波长为365nm的光源照射下反应生成三角形纳米粒子,而在卤钨灯照射下,所制备的银胶体为多种形貌粒子的混合。PVP通过与银粒子表面的键合作用防止粒子发生团聚,并可改变晶面的生长速率从而影响银纳米粒子的形貌。文中还对三角形银纳米粒子进行了电泳沉积组装。
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