含醛基体系中可控合成多形貌金纳米颗粒及其机理研究

摘要

金纳米颗粒因其独特的光电、催化性质以及显著的量子效应和表面效应而备受关注。金纳米颗粒的尺寸、形貌、结构组成等是决定其特殊性质的主要因素，其中形貌的影响最为突出。因此，为了能够更好地实现金纳米颗粒在未来各个领域的应用，通过简单的化学合成方法可控制备出稳定的多形貌金纳米颗粒是相关领域的重要关注点。
　　在近二十年来，已经报道的利用不同还原和稳定体系合成金纳米颗粒的众多合成方法中，聚乙烯基吡咯烷酮（PVP）是一种极为常用的高效形貌控制剂。但是针对其单体，即N-乙烯基吡咯烷酮（NVP），在金纳米颗粒合成中的研究却未见报道。从理论上分析，NVP分子中包含的氧原子和氮原子可以与金纳米颗粒表面产生较强的选择性化学吸附，进而指导金纳米颗粒的非均向生长并进而形成稳定的具备特定形状的金纳米颗粒。为了验证该分析并填补针对NVP的研究空白，本论文将通过实验研究全面阐述N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）在金纳米颗粒合成中的作用并对其作用机理进行分析探讨。
　　通过研究发现：N-乙烯基吡咯烷酮不仅可以同时作为还原剂和稳定剂制备出能够稳定存在的金纳米颗粒，而且还能够诱导金纳米颗粒发生非均向生长，产生常见的六边形和三角形金纳米片。在此发现的基础上，论文针对不同反应条件对该体系制备金纳米颗粒的影响进行了全面系统的实验研究，发现该方法还能制备出棒状和带有支脚的金纳米颗粒。随后，利用傅里叶红外变换光谱、透射电子显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射等测试手段，对N-乙烯基吡咯烷酮合成金纳米颗粒的化学过程以及该体系下的多边形金纳米片的生长机理进行了验证性分析和阐述。
　　在对N-乙烯基吡咯烷酮还原机理的研究过程中，发现N-乙烯基吡咯烷酮在酸性条件下水解生成的乙醛起到了还原剂的作用。受此启发，又直接选用乙醛作为还原剂还原氯金酸制备金纳米颗粒。在向乙醛还原体系中引入PVP作为封装剂之后，制备出了一种全新形貌的金纳米颗粒——三维六角星金纳米颗粒。最后根据六角星金纳米颗粒晶体结构的表征数据提出了一种新颖的机理模型以揭示其特殊形貌的演变过程。

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第一章 文献综述

1.1 金纳米颗粒的特性

1.2 形貌对金纳米颗粒的应用影响

1.3 可控合成金纳米颗粒的方法

1.4 课题来源及研究内容

第二章 N-乙烯基吡咯烷酮合成金纳米颗粒的实验研究

2.1 实验试剂与实验设备

2.2 实验探索与测试

2.3 实验结果与讨论

2.4 本章小结

第三章 N-乙烯基吡咯烷酮制备金纳米颗粒的机理研究

3.1 N-乙烯基吡咯烷酮的还原性研究

3.2 还原路径的研究

3.3不同形貌的金纳米颗粒的生长机理

3.4 本章小结

第四章 乙醛制备金纳米颗粒的实验与机理研究

4.1 六角星金纳米颗粒的制备与结果讨论

4.2 不同反应条件对乙醛还原体系的影响

4.3 六角星金纳米颗粒的生长机理

4.4 影响金纳米颗粒形貌的因素分析

4.5 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论和创新点

5.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢