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金属纳米材料由于具有与相应的块体材料不同的光学、催化、磁性等性质而引起了人们广泛的研究兴趣。金属纳米材料的性质与其组成、形貌和结构密切相关。在本论文中,我们探索了球形介电金属核壳结构复合纳米颗粒、球形中空银-铂双金属纳米颗粒和树枝状铂纳米颗粒的合成方法,并对材料的光学性质和催化性能进行了研究和分析。论文主要内容如下:
1.针对已经报道的介电金属核壳结构复合颗粒都存在表面包覆层不致密和厚度不可控等缺点,我们探索了在单分散球形二氧化硅颗粒表面沉积金属镍和银的核壳颗粒的可控制备方法,并对复合颗粒的相关性质进行了研究。
发展了一种基于自组装单层膜的新的化学镀方法,通过氨基功能化的单分散球形二氧化硅颗粒与氯化钯乙醇溶液的反应,将Pd(Ⅱ)化学吸附在了二氧化硅球颗粒表面,制备了钯功能化的二氧化硅球颗粒,随后在二氧化硅颗粒表面进行了化学镀镍,得到了均匀致密的镍包覆层。
采用二乙醇胺为还原剂,并通过双注法来对反应试剂的加入速度和加入量进行控制,在单分散球形二氧化硅颗粒表面沉积了金属银。结果表明一次包覆后复合颗粒的光谱是二氧化硅颗粒与银纳米颗粒表面等离子共振峰的简单叠加。通过二次包覆,在二氧化硅颗粒表面获得了致密的银包覆层,银颗粒间的偶极矩相互作用导致了复合颗粒的等离子共振峰发生了宽化。v以上方法可扩展用于在不同粒径的亚微米单分散球形介电颗粒上沉积其它金属,可控制备得到球形介电金属核壳结构的复合颗粒。这些复合颗粒可用于光子晶体等光电器件的组装以及生物医学领域。
2.采用一步法合成了具有中空结构的球形银-铂双金属复合纳米颗粒,并对颗粒的光学性质进行了系统的研究。在聚乙烯吡咯烷酮(PVP)存在下,通过用肼还原硝酸银溶液制备了银纳米颗粒,然后又加入氯铂酸溶液合成了中空银-铂纳米颗粒。通过控制氯铂酸溶液的用量,可以很容易在较大范围内控制银/铂的比例,从而制备不同铂含量的复合纳米颗粒。球形中空银-铂双金属复合纳米颗粒具有与简单混合的银和铂纳米颗粒不同的光学性质,复合颗粒的表面等离子共振峰随着铂含量的增加可红移至760nm:我们首次观察到了随着铂含量的继续增加,复合颗粒的表面等离子共振峰随后蓝移。表面增强拉曼光谱实验结果表明,中空银-铂双金属复合纳米颗粒对吡啶分子具有较好的增强效果。中空银-铂双金属纳米颗粒的这些独特的光学特性使其在传感器、医学诊断和生物光子学等领域具有广阔的应用前景。
3.发展了一种简单的方法合成了树枝状铂纳米颗粒,并对其催化性能进行了研究。以4纳米的铂纳米颗粒为种子,抗坏血酸为还原剂,在低温水溶液中直接合成了直径约为20纳米的树枝状铂纳米颗粒。实验研究结果表明,在室温下树枝状铂纳米颗粒对铁氰化钾与硫代硫酸纳的氧化还原反应显示出很好的催化效果。树枝状铂纳米颗粒具有较大的表面积,在直接甲醇燃料电池和氢燃料电池等催化方面具有潜在的应用价值。