纳米微粒液/液界面自组装及其在电分析中的应用

摘要

纳米薄膜是指以纳米微粒或纳米结构为基本单元所构成的薄膜材料,在催化、传感和光电等研究领域有着广泛的应用。纳米薄膜的制备方法多种多样,但自组装方法以其简单、便捷和无需昂贵仪器的优势,备受科学界关注。传统的自组装方法大多针对强配体(如:烷基硫醇)保护的憎水性纳米粒子,而亲水性纳米微粒的组装是十分困难的,特别是无强配体保护的亲水性纳米微粒在组装过程中易于发生不可逆团聚。然而,由于无强配体保护的亲水性纳米微粒具有高的表面活性,是表面化学研究中的重要材料,可见,发展亲水性纳米微粒自组装方法、探索亲水纳米微粒组装的薄膜性质是纳米科技研究的重要组成部分。
　　 鉴于此,本文采用乙醇滴加诱导自组装法层层组装了金纳米微粒薄膜,研究了其电催化特性；并发展了亲水纳米微粒薄膜结构控制技术和大规模快速组装技术。具体研究内容如下:
　　 (1)采用乙醇滴加诱导自组装法在甲苯/水界面制备大面积亲水金纳米微粒单层薄膜,并将其转移到玻碳(GC)、铜网和石英玻璃等亲水基底上分别进行扫描电子显微(SEM)、透射电子显微(TEM)和紫外可见光谱(UV-vis)表征。与多晶金电极相比,金纳米微粒单层膜和双层膜对NO有良好的催化性能。特别是双层金膜电极对溶液中的NO的检测限可达2.7×10-8mol/L,这是所报道的常规电极所不能达到的。
　　 (2)以上采用的乙醇滴加诱导自组装法由于在组装过程中不断滴加乙醇,导致组装界面始终处于扰动状态,这严重限制了自组装薄膜结构的重现性。针对这种方法,本论文采用从金溶胶底部采用固定速度混合注入乙醇与甲苯溶液的方法。该法中,溶解于甲苯中的乙醇能够自发地向水中扩散,诱导金纳米微粒在甲苯/水界面上组装,从而避免了手动滴加乙醇导致的界面扰动,有效地控制了金纳米微粒所组装薄膜的重现性,而且通过调节乙醇与甲苯混合液中二者的比例,可以制备出不同粒子间距纳米薄膜。此外,我们还探讨了乙醇在混合物中的浓度对不同粒径金纳米微粒的组装结构的影响。
　　 (3)发展了一种普适的快速组装亲水纳米微粒薄膜的技术。具体的步骤:将乙醇和甲苯依次加入到纳米微粒水溶液中,然后往该混合体系中“倾注”大量的水,纳米微粒就迅速组装在甲苯/水两相界面上,组装时间不超过10 s。该法适用范围广,可组装金,银,二氧化硅,金银合金的等不同材料、不同形状的纳米微粒,并且可以制备任意尺寸的纳米微粒单层膜。
　　 本研究不仅揭示了亲水纳米微粒薄膜的表面活性,而且发展了两种组装亲水纳米微粒技术,这对纳米材料的理论和应用研究有着重要的意义。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 纳米结构薄膜

1.2 两相界面纳米自组装

1.3 纳米薄膜材料在高科技领域中的应用

1.4 本研究论文的构想

第2章 实验

2.1 实验仪器及器材

2.2 试剂和溶液

2.3 基底和电极处理

2.4 纳米微粒的合成

第3章 金纳米微粒液/液界面自组装及其电催化NO

3.1 前言

3.2 乙醇滴加成膜及薄膜电极制备.

3.3 结果和讨论

3.3.1 金纳米薄膜自组装

3.3.2 金纳米薄膜的TEM和Uv-vis表征

3.3.3 金纳米薄膜的电化学行为

3.3.4 金纳米薄膜表面积的估算

3.3.5 金纳米薄膜包裹电极对NO的循环伏安研究

3.3.6 金纳米薄膜电极对NO的时间电流响应

3.4 小结

第4章 金纳米微粒的液/液界面可控自组装

4.1 前言

4.2 乙醇甲苯混合注入成膜

4.3 结果和讨论

4.3.1 纳米微粒界面自组装

4.3.2 金纳米薄膜的形貌表征

4.3.3 机理讨论

4.3.4 甲苯的作用

4.3.5 制备大规模的微粒单分散纳米结构薄膜

4.2.6 界面组装不同粒径纳米微粒

4.4 小结

第5章 液/液界面快速制备大面积纳米薄膜

5.1 前言

5.2 快速制备纳米微粒薄膜

5.3 结果和讨论

5.3.1 纳米薄膜的形貌表征

5.3.2 水和甲苯的影响

5.3.3 纳米薄膜的数码照片

5.3.4 不同试剂下的界面组装

5.4 小结

结论与展望

参考文献

附录A 攻读学位期间发表的学术论文目录

致谢