银纳米碗、纳米笼与中空多孔纳米片的制备研究

摘要

金、银纳米颗粒及其纳米壳层的一切特性及其应用，与其纳米颗粒的尺寸、形貌有很大的关系，特别是特殊结构(空心、碗状、笼状等)，有可能实现特殊的性能。因此，对特殊形貌，特定尺寸金银纳米颗粒的制备研究显得尤为重要。
　　 本文在综述了国内外纳米科技的研究进展和金属银空心孔洞纳米结构的研究现状的基础上，针对目前采用模板法制备的碗状及笼状结构，通常是多晶或无定形的缺陷，在方法上也有一定的局限性，本文提出了一种简单的化学沉积法，在不需要模板的情况下，通过控制反应前驱物形貌以及反应条件的方法，制备出了银纳米碗、纳米笼以及中空夹层银纳米片，对其形貌和结构进行了表征，并对这种结构的形成机理和影响因素进行了分析，为新的碗状、笼状及中空多孔结构的制备和应用提供了新的思路。本文主要内容及结论如下：
　　 采用化学沉积法，以硝酸银为原料，甲醛作为还原剂，PVP为分散剂，在0℃下成功合成了内部空心表面呈大孔洞的粒径在80-150nm的碗状银纳米结构。研究了不同阶段的形貌和结构变化，探讨了氢氧化钠浓度、反应温度、还原剂浓度、PVP含量对最终形貌的影响规律。结果表明，通过控制氢氧化钠的浓度可以控制碗状结构的尺寸。不加PVP时也得到碗状结构，PVP在这个反应中主要起着分散剂的作用。还原生成的银原子在氧化银表面的沉积生长和反应中气体的生成释放是碗状结构形成的关键。通过紫外吸收光谱的分析，碗状结构的最大吸收峰位置在478nm，相比纳米粒子和纳米线发生了很大的红移，表明其具有更好的光学吸收性能。
　　 在与碗状结构同等制备条件下，采用硼氢化钠为还原剂，得到了表面多孔内部空心的的笼状结构，粒径在100nm左右。温度、还原剂浓度、氢氧化钠浓度等反应条件，对笼状结构的形成有很大的影响，条件的改变，就会有环状、框架状、不规则粒子的生成，通过机理的分析，导致这些结构出现的原因是由于笼状结构生成的过程中，表面孔过大并且比较密集，使得笼的框架坍塌，就会得到环状或坍塌后的不规则粒子生成。
　　 通过不同阶段的研究分析，再结合不同反应条件对产物的影响因素分析，得出碗状结构形成的机理是由以下几步组成的：1.Ag2O纳米小粒子的生成；2.Ag2O纳米小颗粒聚集成球形Ag2O粒子；3.Ag2O被还原成Ag；4.生成的Ag原子在Ag2O表面沉积生长和表面带小孔洞空心结构的逐渐形成；5.反应过程中气泡的释放促使表面大孔洞的形成，最终得到碗状结构。由于ostwald熟化效应，随着反应时间的增长，表面也表的更加的光滑平整。笼状结构的形成于碗状结构的不同之处在于第五步，反应过程中气体生成和释放的速率不一样促使最终粒子表面的孔洞不同。
　　 以碗状结构和笼状结构的形成机理为基础，通过改变添加剂来改变前驱物的组成和结构，得到了片状的中空多孔片状银纳米结构，边长为1微米左右，厚度小于100nm。通过不同时间段的形貌和结构分析，我们初步推断了中空多孔银纳米片的形成机理。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1银纳米结构的概述

1.2银纳米结构的控制制备

1.2.1物理法

1.2.2化学法

1.3银纳米结构的性质和应用

1.3.1在导电材料方面的应用

1.3.2在光学领域的性质和应用

1.3.3在催化领域的应用

1.3.4在抗菌领域的应用

1.3.5在生物医药领域的应用

1.4银纳米结构的形貌

1.6碗状及笼状纳米结构的研究现状

1.6.1碗状结构的制备

1.6.2笼状结构的制备

1.7本课题的研究目的和研究内容

第2章 银纳米碗的制备及形成机理分析

2.1实验部分

2.1.1试剂与仪器

2.1.2实验方法

2.2实验结果与讨论

2.2.1碗状银纳米结构的形貌和结构分析

2.2.2反应条件对于产物形貌和结构的影响

2.2.3碗状结构的形成机理分析

2.2.4碗状银纳米结构的紫外-吸收光谱分析

2.3本章小结

第3章 银纳米笼的制备及形成机理分析

3.1实验部分

3.1.1试剂与仪器

3.1.2实验方法

3.2结果与讨论

3.2.1笼状银纳米结构的形貌和结构分析

3.2.2笼状银纳米结构形成的影响因素分析

3.2.3其他形貌氧化银为前驱物

3.2.4笼状结构形成机理分析

3.2.5表面多孔内部空心结构形成的理论假设分析

3.2.6本章小结

第4章 中空多孔银纳米片的制备研究

4.1实验部分

4.1.1试剂与仪器

4.1.2实验方法

4.2结果与讨论

4.2.1产物的形貌结构表征

4.2.2不同时间段的SEM形貌分析

4.2.3加NaBH4之前前驱物形貌结构分析

4.3反应机理分析

4.4 UV-vis光谱

4.5本章小结

第5章 结论

参考文献

致 谢

附 录:攻读硕士期间发表的学术论文