金纳米粒子的形貌控制、自组装及SERS研究

摘要

控制金纳米粒子的形貌、单分散性对于拓展其在生物、传感、医药领域的应用具有重大的实际应用价值。论文采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)做保护剂,N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为还原剂,用多步晶种法合成了孪晶金十面体,依次减少HAuCl4的量(金前驱体)便可以得到截角十面体、五角星十面体和五边形十二面体金纳米粒子。在孪晶体系中实现了低能{111}晶面组成的十面体到高能的{110}晶面组成的五边形十二面体的转化。同时,用多步晶种法合成了单晶的八面体、依次减少晶种seed4的量(引发剂)便可以得到截角八面体Ⅰ、截角八面体Ⅱ、菱形十二面体金纳米粒子,在单晶体系中实现了低能{111}晶面组成的八面体到高能的{110}晶面组成的菱形十二面体的转化。在PVP+DMF体系中通过控制单晶和孪晶的晶种,分别实现了单晶和孪晶体系的低能{111}晶面到高能{110}晶面的生长演化。
　　此外,采用了PVP作保护剂,DMF为还原剂,用无晶种一步合成了单分散的二十个{111}面包围的二十面体孪晶的金纳米粒子,并探究得到其反应的最优条件和生长机理。采用无晶种一步法用DMF做还原剂,在无表面保护剂的条件下合成了尺寸约为500nm左右的菱形十二面体,研究发现延长反应时间可以得到菱形十二面体的过渡形貌及其演化过程,如果加入少量抗坏血酸(AA)可以得到表面凹陷的菱形十二面体。利用红外光谱(FT-IR)表征可知DMF分子吸附在金纳米粒子的表面,可能会抑制{110}类型晶面的生长最终形成了菱形十二面体,通过对过渡形貌的分析,得出低温下DMF体系中金纳米粒子晶体生长速率遵循[111]>[100]>[110]的顺序。
　　将合成的金纳米粒子进行了自组装,八面体、菱形十二面体和五边形十二面体金纳米粒子在硅基底上自发的形成大面积的面心立方(fcc)的密排有序结构,金纳米粒子的浓度与金纳米粒子之间的范德华作用力是形成有序的自组装结构的主要因素。将自组装好的八面体、菱形十二面体、五边形十二面体金纳米粒子利用其表面增强拉曼散射效应(SERS)检测对巯基苯胺,实验结果发现,检测浓度可以低至10-6mol/L,并计算了菱形十二面体、五边形十二面体、八面体增强因子最小分别为0.40×107、0.31×107、0.29×107。在所有浓度的对巯基苯胺溶液中菱形十二面体的增强幅度最明显,增强因子最大,并推测化学增强的机制和电磁场增强的机制共同作用于金纳米粒子SERS效应。

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1 绪 论

1.1 纳米材料

1.2 自组装

1.3 表面增强拉曼散射效应(SERS)

1.4 金纳米粒子的研究现状

1.5 本课题的主要研究内容，目的和意义

2 孪晶金纳米粒子的可控合成及表征

2.1 引言

2.2 孪晶金纳米粒子合成方法

2.3 十面体金纳米粒子及其演化形貌的合成与表征

2.4 二十面体金纳米粒子的合成及表征

2.5 实验结果讨论与分析

2.6 本章结论

3 单晶金纳米粒子的可控合成及表征

3.1 引言

3.2 单晶金纳米粒子合成方法

3.3 八面体金纳米粒子及其演化形貌的合成及表征

3.4 无表面保护剂的菱形十二面体及其凹陷形貌金纳米粒子的合成及表征

3.5 本章结论

4 部分形貌金纳米粒子的自组装

4.1 引言

4.2 金纳米粒子自组装方法

4.3 八面体、菱形十二面体和五边形十二面体金纳米粒子的自组装

4.4本章结论

5 金纳米粒子的表面增强拉曼散射效应探究

5.1 引言

5.2 金纳米粒子SERS效应

5.3 实验方法

5.4 金纳米粒子检测对巯基苯胺SERS增强因子的计算方法

5.5 八面体、菱形十二面体、五边形十二面体SERS效应分析

6 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表科研成果