基于金纳米粒子制备的叉指电极和宽波段吸收器的研究

摘要

金纳米粒子具有高的比表面积、抗氧化的稳定性、制备方法多样、生物相容性好等特点，是一种发展前途广泛的纳米材料。为了拓展金纳米粒子的应用，我们采用了两种组装方法制备两种不同的功能化纳米材料：(1)叉指电极(IDEs)。目前，IDEs的制备方法如光刻、等离子体刻蚀、激光等需要复杂的设备、工艺或昂贵的化学品，极大地增加了生产的制造成本和时间。因此，本文报道一种利用界面组装和等离子体焊接的方法制备的叉指电极，并系统的研究了它在催化传感和光电检测方面的应用。(2)宽波段吸收器。宽波段吸收器在过去几十年里吸引了越来越多研究者的兴趣，因为它们具有高度有趣的全波长吸收和光热特性。由于宽波段吸收器很大程度上取决于吸收材料，因此具有宽波段吸收能力的材料制备和设计一直是科研界聚焦的重点。然而，在光吸收器的设计和制造方面存在一些挑战。本文发展了一种利用盐诱导胶体溶液组装和聚沉的方法，制备一种新型的宽波段吸收材料(黑金)，并对其性能进行了研究。本论文主要的研究工作如下：　　(1)利用经典的Frens方法即柠檬酸钠为还原剂还原氯金酸制备不同直径的金纳米粒子，液-液界面自组装和等离子焊接工艺结合，成功制备了具有催化能力和光电检测能力的IDEs。由于它的高电导率和多孔结构提供了丰富的活性位点，可以用作电化学葡萄糖传感器以及钙钛矿光电探测器的基本电极。对于葡萄糖的催化，自制IDEs的氧化峰值电流密度是商用IDEs的2.4倍，具有出色的电催化性能。在590和680nm的入射光波长下，电极和活性层之间的接触良好，IDEs的响应度分别为1.65和1.60mA/W，响应时间是1.540/0.689和0.544/0.866s。在多个循环以后，电流无明显的减弱，证明其具有很好的稳定性。　　(2)以柠檬酸钠还原的直径为16nm的金溶胶为原料，利用DLVO理论和胶体的不稳定性制备具有宽波段吸收特性的黑金，并且对黑金的形貌、光谱吸收、反射、光热转换和拉曼性能进行了研究。制备的黑金薄膜对比平滑金，在650nm激光照射下没有明显的反射光路，在400-1600nm的宽带范围内表现出很强的吸收能力(＞80%)，在400-800nm的可见波长范围内光吸收甚至达到94%。此外，黑金在氙灯照射下，20分钟内温度上升了11.7℃，远远高于平滑金(3.4℃)，具有高光热转换能力。与此同时，黑金在532，633，785nm激发下对罗丹明B都有很好拉曼增强，这种宽波长拉曼特性为拉曼检测提供了极大便利。在785nm光的激发下，利用黑金作为SERS基底，可以检测出低至1×10-8M的福美双。

目录

声明

第 1 章 绪 论

1.1 引言

1.2 纳米材料

1.2.1 纳米材料的制备

1.2.2 纳米材料的分类

1.2.3 纳米材料的组装

1.2.4 纳米材料的应用

1.3叉指电极

1.3.1叉指电极的概述

1.3.2 叉指电极的制备方法

1.3.3 叉指电极的应用

1.4 宽波段吸收器

1.4.1 宽波段吸收器的概述

1.4.2 宽波段吸收器材料的分类

1.4.3 宽波段吸收器的应用

1.5 本文的研究构想

第 2 章 界面组装和等离子焊接制备叉指电极及其催化和光电性能的研究

2.1 前言

2.2 实验部分

2.2.1 实验试剂与仪器

2.2.2 实验步骤

2.3 结果与讨论

2.3.1 焊接后的微观形貌表征

2.3.2 导电性能测试

2.3.3 葡萄糖传感器

2.3.4 钙钛矿光电探测器

2.4 本章小结

第 3 章 盐诱导金纳米粒子自组装和沉降制备具有宽波段吸收特性的黑金

3.1 前言

3.2 实验部分

3.2.1 实验试剂与仪器

3.2.2 实验方法

3.3 结果与讨论

3.3.1 黑金溶液的光谱和光学照片

3.3.2 黑金的 SEM 表征

3.3.3黑金的宽带吸收性能

3.3.4黑金的光热性能

3.3.5黑金的拉曼性能

3.4 本章小结

结 论

参考文献

附录A攻读硕士学位期间发表的论文

致谢