常溫晶種生長方法制備金納米粒子過程的機理研究.pdf

1、金納米粒子的制備、性質和應用研究是科學史上最古老和最具生命力的研究課題之一。金納米粒子性質和應用研究的開展很大程度上依賴于粒徑、形狀和晶面可控的金納米粒子制備方法的開發(fā)和改進。晶種生長方法已經(jīng)廣泛應用于各種形狀金納米粒子的可控制備。但是,晶種生長方法至今仍然存在著一些缺點和不足,例如特定形狀金納米粒子在產(chǎn)物中的含量達不到性質和應用研究的要求,多數(shù)制備過程的重現(xiàn)性較差,特定形狀金納米粒子可控制備方法的開發(fā)和改進過程缺乏指導性理論等。

2、>　　 究其原因是由于晶種生長過程是在非平衡條件下進行的復雜的動力學過程,金納米粒子的形狀不僅僅受到表面晶面特性和動力學性質的顯著影響,物質和能量的傳遞過程例如物質擴散過程,表面(電)化學反應過程等都會很敏感的影響最終產(chǎn)物形狀。迄今為止,晶種生長過程中金納米粒子形狀控制的詳細機理仍不清楚,亟待進一步深入和完善。
　　 本論文工作主要圍繞晶種生長過程中金納米粒子形狀控制的機理和制備方法研究而開展工作。主要研究結果如下:
　

3、　 1,初步建立了應用離心場研究金納米粒子生長機理的方法。應用離心生長過程可以將晶種生長過程中不同時間的生長過程狀態(tài)問題為在離心條件下不同空間位置的生長狀態(tài)問題。使用離心生長過程對納米立方體在晶種生長過程中的形狀發(fā)展過程進行研究,提出了階段性連續(xù)生長機理。晶種生長過程中,小粒徑晶種在長大過程中經(jīng)歷了從八面體.消角八面體.消角立方體.立方體的形狀發(fā)展過程。同時納米粒子的形狀控制機理隨生長時間延長由生長初期的表面熱力學形狀控制逐漸轉化為傳

4、質過程動力學形狀控制直到最后重新回到表面熱力學形狀控制。晶種生長過程中出現(xiàn)的單孿晶三角雙錐金納米結構的生長過程同樣可能表現(xiàn)為階段性連續(xù)生長方式。根據(jù)此機理,初步指出了晶種生長方法中提高特定形狀金納米粒子單分散性和控制納米粒子晶型的實驗設計思路。
　　 2,加熱老化晶種在十六烷基三甲基溴化銨(cetyltrimethyl-ammoniumbromide,CTAB),氯金酸,和抗壞血酸組成的生長溶液中可以形成高指數(shù)晶面{hh1)組成

5、的三八面體或消角三八面體金納米粒子。SEM圖像的三維模擬分析方法可以用于大粒徑(消角)三八晶面的晶面密勒指數(shù)分析。金納米粒子形狀是由生長溶液中晶種用量和抗壞血酸濃度共同決定的,單晶金納米粒子可以實現(xiàn)消角立方體一立方體一(消角)三八面體的可控制備。產(chǎn)物中金納米粒子的粒徑分布和含量也取決于生長溶液中晶種用量和抗壞血酸濃度,原因可能是因為晶種在生長過程中的誘發(fā)成核現(xiàn)象和取向連接行為受到生長溶液中晶種和抗壞血酸濃度的顯著影響。
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6、,在CTAB,氯金酸和抗壞血酸組成的生長溶液中,加入硫辛酸分子作為輔助組分,可控制備得到菜花狀和多枝結構金納米粒子。生長溶液中游離硫辛酸濃度較低時,晶種生長形成多枝結構,隨硫辛酸濃度增加金納米粒子表面枝晶密度增加而枝晶長徑比相應減小,直到發(fā)展為菜花狀結構?？箟难釢舛仍黾蛹{米粒子形狀由不規(guī)則多面體逐漸發(fā)展形成菜花狀和多枝結構。提出了區(qū)域選擇性生長的形狀控制機理,即金納米粒子表面CTAB雙層結構由于硫辛酸在金表面的吸附變的無序和疏松,溶液