基于分子自组装法可控制备金属纳米颗粒研究

摘要

金属颗粒尺寸小至纳米级时，将显现出特有的小尺寸效应，具有独特的光、电、催化等独特性质。对于金属纳米颗粒的催化性、表面增强拉曼、生物传感等方面的研究和潜在应用价值探索具有重要意义。如何实现颗粒形貌、尺寸、成分、结构、分散性等因素的可控制备也成为研究热点。分子自组装（Self-assembled monolayers, SAMs）技术基于不同官能团的无序分子自发组装成复杂有序膜，十分适合在小尺度范围设计和制备具有均匀、特殊功能的可控纳米体系。本文利用自组装膜法，重点研究了不同官能团的单组份自组装膜在原子层沉积可控制备金属纳米颗粒中的应用，尝试制备多组份混合自组装膜并应用于可控制备金属纳米颗粒中。
　　首先，研究了不同链长的单分子甲基硅烷自组装膜的制备工艺。探讨了温度、溶剂浓度、溶剂水含量、反应时间等因素对于自组装膜制备的影响，证明了十八烷基三氯硅烷自组装膜可阻挡金属颗粒的原子层沉积。采用电化学表征自组装膜随生长时间的曲线，分析膜覆盖率及孔洞参数变化趋势，创造性利用孔洞分布调控金属纳米颗粒的密度及粒径分布。
　　论文第二部分研究了巯基硅烷自组装膜的制备。探索了巯基三丙基甲氧基硅烷自组装膜对金属纳米颗粒沉积参数的影响。实验结果表明，巯基三丙基甲氧基硅烷自组装膜的尾部基团巯基可与金属发生化学吸附反应，促进金属颗粒的沉积成核，提高初期生长速率。
　　基于甲基硅烷自组装膜可阻挡金属纳米颗粒沉积和巯基硅烷自组装膜可促进金属纳米颗粒成核，制备混合自组装膜高效调控金属纳米颗粒的沉积。文中用分布法制备了十八烷基三氯硅烷/巯基三丙基甲氧基硅烷混合自组装膜，并创新采用模板法结合分布法制备图案化混合自组装膜。证明混合自组装膜可调节金属纳米颗粒沉积的粒径分布等工艺参数。
　　最后将分步法和模板-分布法制备的十八烷基三氯硅烷/巯基三丙基甲氧基硅烷混合自组装膜应用在可控制备分散金属颗粒研究中，并研究其拉曼增强效应。分析实验结果表明混合自组装膜修饰基底后可大大改善金属颗粒团聚现象。利用混合自组分子的组分比例差异可制备分布密度和分散程度较理想的金属纳米颗粒，有利于纳米颗粒的拉曼增强效应的应用。
　　本文基于单组份甲基、巯基硅烷自组装膜的制备研究，探讨了自组装膜调控金属纳米颗粒的粒径、密度等参数的工艺，并尝试制备含不同官能团的混合自组装膜用于调控金属纳米颗粒制备，为发展金属纳米颗粒可控制备方法提供了新思路。

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1 引言

1.1 课题来源及背景介绍

1.2 分子自组装膜

1.3 自组装分子膜在原子层沉积技术中的应用

1.4 本文研究方法及意义

2 甲基硅烷自组装膜制备及在原子层沉积中的应用

2.1 引言

2.2 试剂与仪器

2.3 薄膜制备

2.4 自组装薄膜改性表面表征

2.5 自组装膜电化学分析孔洞表征

2.6 原子层沉积钯纳米颗粒

2.7 自组装分子膜修饰基底在钯纳米颗粒沉积实验中应用研究

2.8 本章小结

3 巯基硅氧烷自组装膜制备及在原子层沉积纳米颗粒中的应用

3.1 引言

3.2 试剂与仪器

3.3 自组装薄膜制备

3.4 自组装薄膜改性表面表征

3.5 自组装膜电化学分析孔洞表征

3.6 原子层沉积钯纳米颗粒

3.7 本章小结

4 混合自组装膜制备及在原子层沉积中的应用

4.1 引言

4.2 混合自组装膜制备

4.3 自组装膜性能表征及结果分析

4.4 混合自组装膜生长机理

4.5 模板印刷法制备混合自组装分子膜

4.6 混合自组装膜在原子层沉积纳米颗粒中应用

4.7 本章小结

5 混合自组装膜在制备分散纳米颗粒中应用

5.1 混合自组装膜在制备分散金纳米颗粒中应用

5.2 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

硕士期间完成论文