多形貌银纳米粒子的化学法制备及其在荧光增强中的应用

摘要

纳米材料所取得的进步证明了其在合成化学和材料科学领域有着巨大的发展前景，尤其是金属纳米材料所具有的特殊物理和化学性质使其在光学、光电、传感技术及生物检验等诸多领域都具有广泛的应用前景。这些性能与纳米粒子的尺寸和形貌密切相关，因此，可通过调节纳米粒子的尺寸、维度、组成及形貌实现对材料性能的控制，最终实现功能性纳米器件的设计与合成。虽然纳米材料的制备方法日益多样化，但在纳米材料的可控制备方面所取得的成就仍非常有限，因而得到科研工作者越来越多的关注。基于目前金属Ag纳米粒子的国内外研究现状，本论文利用化学液相法可控制备了多形貌金属Ag纳米粒子，并得到了一些新颖的Ag纳米结构，以图探索出一种简易的、金属纳米粒子形貌可控的合成路线，同时尝试性地将所制备的Ag纳米粒子应用于金属增强荧光(MEF)。本论文的主要研究成果包括以下几个方面： 1、利用晶种法在溶液中和玻璃表面制备三角形Ag纳米粒子。溶液中粒子的边长为50±5 nm，厚度为27±4 nm，在透射电镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)测试中粒子存在不同的优先投影面；提出晶种溶液的最佳制备温度为35℃；在玻璃表面可得到产量较高的类三角形纳米粒子；利用表面晶面淘汰机理解释了三角形纳米粒子的形成，认为是十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)对晶面生长速率进行修饰的结果。 2、以钛酸丁酯(TBT)和乙酰丙酮(AcAc)螯合而成的网络结构为软模板制备锯齿状Ag纳米线和皂荚形貌Ag纳米粒子。锯齿状纳米线的直径为20±5nm，长度达600 nm，角度变化范围为74～151°；锯齿状纳米线是由首尾相连的纳米棒发育而成，纳米棒连接处的晶界优先吸附Ag原子而逐渐发育完整；将反应温度提高为150℃，反应时间减少为6 h，产物为规则皂荚形貌的Ag纳米粒子，其尺寸为60～70 nm。 3、利用溶剂热法，在聚乙烯吡咯烷酮(PVP)存在下，以N，N二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂和还原剂，通过工艺参数的调控，可实现单分散三角形/六边形纳米片、链状纳米片聚集体和纳米带多形貌Ag纳米粒子的可控制备。PVP与Ag+之间的键合作用，可降低DMF还原AgNO3的反应速率，有利于形成具有高比表面能的纳米片，AgNO3与PVP的比例是决定纳米片外形的关键；新颖链状Ag纳米片聚集体的生长可利用晶体二次生长来解释；在链状纳米片聚集体形成后继续处理7 h，产物形貌将转变为长径比均匀的一维Ag纳米带，其直径为40～100 nm，长度可达几微米，甚至十几微米。 4、以溶剂热法制备的多形貌Ag纳米粒子为研究对象，研究Ag纳米粒子和Ag纳米薄膜对染料罗丹明B荧光性能的影响。在Ag纳米粒子存在下，罗丹明B的荧光强度得到显著增强，可部分消除荧光自猝灭效应；随着Ag纳米粒子浓度的增加，染料的荧光强度先增加，当达到最大值后，逐渐降低；相对于三角形Ag纳米片、六边形Ag纳米片和链状Ag纳米片聚集体，Ag纳米带可实现对罗丹明B荧光的相对最大增强；Ag纳米薄膜的存在也可实现对罗丹明B荧光信号的放大，且发射强度较Ag纳米粒子存在时要大。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2纳米材料的概念及其特殊效应

1.2.1纳米材料的概念

1.2.2纳米材料的特殊效应

1.3纳米粒子的可控制备

1.3.1纳米粒子可控制备的方法

1.3.2多形貌金属纳米粒子的研究现状

1.4金属表面等离子体共振理论基础

1.5金属增强荧光效应

1.5.1引言

1.5.2几个基本概念

1.5.3金属增强荧光效应的研究现状

1.6本论文的研究目的、意义和思路

第2章晶种法制备三角形银纳米粒子

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1溶液中三角形Ag纳米粒子的制备

2.2.2玻璃表面三角形Ag纳米粒子的制备

2.2.3样品表征

2.3实验结果与分析

2.3.1在溶液中制备三角形银纳米粒子

2.3.2在玻璃基片表面沉积类三角形纳米粒子

2.4本章小结

第3章软模板法制备锯齿状银纳米线和皂荚形貌银纳米粒子

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1样品制备

3.2.2样品表征

3.3实验结果与讨论

3.3.1锯齿状Ag纳米线

3.3.2皂荚形貌Ag纳米粒子

3.4本章小结

第4章溶剂热法制备形貌可控银纳米粒子

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1样品制备

4.2.2样品表征

4.3实验结果与讨论

4.3.1单分散三角形／六边形Ag纳米片

4.3.2链状Ag纳米片聚集体

4.3.3 Ag纳米带

4.4本章小结

第5章银纳米粒子在荧光增强中的应用

5.1引言

5.2荧光增强理论基础

5.3实验部分

5.3.1样品制备

5.3.2样品表征

5.4结果与讨论

5.4.1 Ag纳米粒子对RhB荧光性能的影响

5.4.2 Ag纳米薄膜对RhB荧光性能的影响

5.5本章小结

第6章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

攻读博士学位期间发表和待发表的文章目录

致谢