溶致液晶中各向异性金纳米粒子的合成与表征

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溶致液晶所具有的各向异性的特征以及易于调控的结构性质使其在纳米材料合成领域中逐渐受到重视。本文试图利用溶致液晶的软物质特性和长程有序性对产物结构形貌进行调控,研究内容主要包括两部分: 第一部分,利用聚氧乙烯.聚氧丙烯.聚氧乙烯双亲嵌段共聚物(Pluronic P123)所形成的六角相液晶作模板,通过化学还原来制备二维平面金纳米粒子。系统研究了模板组成以及金属盐浓度等条件对产物形貌的影响。通过偏光显微镜(POM)、小角X射线散射(SAXS),透射电镜(TEM)和紫外—可见吸收光谱(UV—Vis)等测试手段对溶致液晶模板的结构、所得产物的形貌与性质进行考察,并对不同形貌产物的形成机理进行了探讨。在液晶模板中嵌段共聚物(P123)为还原剂,原位还原氯金酸( HAuCl4),并通过加入不同的添加剂CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)、TBAB(四丁基溴化铵)、PVP(聚乙烯砒咯烷酮)、氨基乙酸、葡萄糖,可调控纳米粒子的形貌并得到高产率的盘状、齿轮状和带状的金纳米或微米单晶薄片。金单晶盘具有面心立方结构和{111}取向的晶面,边长可达10μm。反应过程中,液晶结构对晶核的排布的限制作用对单晶的生长极为重要。液晶中包覆剂与AuCl4—的络合及在金表面的选择性吸附,是二维平面金盘状单晶生长的关键影响因素。通过控制包覆剂的掺杂浓度,可以控制单晶盘的尺寸。 第二部分,构建十二烷基硫酸钠(SDS)、正辛醇和水的三元相图,选取相图中的层状相区域的液晶作模板,加入还原剂PVP等来制备金纳米粒子。在影响金纳米产物的因素中,液晶长程有序结构和包覆剂对金纳米粒子的各向异性生长起到了关键的作用。最后利用SDS与水所形成的六角相液晶作模板,加入还原剂氨基乙酸、柠檬酸钠和葡萄糖等来控制合成不同形貌的金纳米结构。结果表明,以氨基乙酸为还原剂可以得到奇异的具有二维平面结构的空心金纳米盘,其中温和的反应温度,Cl—的存在,Cl—/O2对的氧化刻蚀作用和氨基乙酸的质子化是生成空心盘的关键因素。只有当氨基乙酸作还原剂并且其浓度为1.5%时,反应体系中才可得到大量的空心盘。 论文工作建立了大量合成实心及空心平面金单晶纳米盘的有效途径,同时,有助于人们进一步认识液晶模板的作用,并为各向异性形貌纳米材料的获得提供了思路。
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