Au纳米结构的制备及其性质研究

论文总字数：13093字

摘 要

金纳米材料在光学材料、生物工程及医药、催化工业和微电极反应等方面有着广泛的应用，因此金纳米材料的制备和性能研究在纳米材料研究领域是引人瞩目的，也是研究的犹为深入课题之一。这主要是由于金纳米材料具备自己独特的光学、电学性质以及良好的生物相容性，有“绿色纳米技术中的关键元素”之称，然而这些应用以及性质都与其尺寸和形貌有着密切联系。本论文较系统的介绍金纳米材料的制备方法和表征方法，并着重探讨羟基离子法制备单晶纳米片，通过对实验条件的改进，并通过对生长过程的调控达到对纳米结构形貌进行控制，还原氯金酸获得了其他形状的金纳米片，提高了纳米粒子的单分散性和反应速率。

关键词：金纳米材料，性质，制备，表征，羟基法

Abstract: Gold nanomaterials have been widely used in optical materials, biological engineering, medicine, catalytic industry and microelectrode reaction and so on, so the preparation and properties of gold nanomaterials is remarkable in the research field, also is one of in-depth topics. This is mainly due to the unique optical, electrical properties and good biocompatibility of gold nano materials which is called "key elements" of green

nano technology. Anyway, these applications and properties are closely linked to their size and morphology. Preparation and characterized methods of gold nanomaterials are introduced systematically in this paper, and the preparation of single crystal nanosheets by hydroxyl ions are focused on, the morphology  of nanostructures is controlled through improving the experimental conditions and regulating the growth process. Gold nanosheets are get by reduction of HAuCl₄·4H₂O, and the monodisperse and reaction rate of nanoparticles are improved.

Keywords: Gold nanomaterials, properties, preparation, characterization, method of polyhydroxy

目 录

1 引言 4

2 金纳米材料的制备 4

2.1 金纳米粒子的制备 5

2.2 金纳米线的制备 6

2.3 单金纳米片的合成 9

3 金纳米材料的性质表征及方法 9

4 多羟基法制备金纳米薄片 10

4.1 样品制备 11

4.2 样品的表征及结果分析 11

结 论 16

参 考 文 献 17

致 谢 19

1 引言

纳米材料是目前材料科学研究的一个热点，其相应发展起来的纳米技术被公认为是 21 世纪最具有前途的科研领域之一。由于纳米材料的特殊性能与贵金属独特的物理化学性质有机地结合起来使其具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应和量子隧道效应，并在光、电、热、磁、催化等领域有着广阔的应用前景而成为纳米材料的一个重要组成部分。金纳米材料因其具有传统材料所不具备的奇异或反常的物理化学特性以及奇特的纳米特性^[1,2]而备受瞩目，包括表面效应，体积效应，量子尺寸效应，量子隧道效应这四大基本效应，而这基本效应导致了金纳米具有其他材料所不具有的物理化学性质。

光学性能：（1）宽频带强吸收。大块金属具有不同颜色的光泽，这表明它们对可见光范围各种颜色（波长）的反射和吸收能力不同。当尺寸减小到纳米量级时，各种金属纳米粒子几乎都呈黑色，它们对可见光的反射率极低。（2）蓝移现象。与大块材料相比，纳米粒子的吸收带普遍存在“蓝移”现象，即吸收带移向短波方向。除上述特征外，纳米材料的荧光性能、紫外到可见光的发射光谱等光学性能都有自己新的特点，不同于常规材料。

热学性能：固态物质在其形态为大尺寸时，其熔点是固定的，超细微化后却发现其熔点将显著降低，当颗粒小于10纳米量级时尤为显著。这是由于颗粒小，纳米微粒表面能高、比表面原子数多，这些表面原子近邻配位不全以及纳米微粒体积远小于大块材料，因此纳米粒子熔化时所增加的内能小得多，这就使得纳米微粒熔点急剧下降。

电学性能：纳米材料随着晶粒尺寸的减小，对材料的电阻率产生很大的影响，晶粒尺寸决定电阻的温度系数，电阻的温度系数随晶粒的减小而降低在纳米材料中由于晶粒边界原子体积的增加，其电阻高于一般的常规材料。

金纳米材料的用途很广泛，家电领域可用于抗菌，除味，防腐，抗老化，抗紫外线；电子计算机领域可扩大存储芯片的容量；光学领域可制作非线性光学器件，光电子显示器和纳米电路；环境保护方面可制作纳米膜；建筑方面还可制作特殊涂料从而达到多暖夏凉的效果；另外在机械、医药、纺织等领域都有很大用途。

目前我国在金纳米材料的基础研究、材料研究、工艺装备和应用开发等方面取得一系列令人瞩目的科研成果，而且部分成果已经产业化，但是和发达国家还有相当大的差距。

2 金纳米材料的制备

贵金属纳米材料是纳米材料的一个重要组成部分，由于其将贵金属特有的物理化学性质与纳米材料的特殊性能有机地结合起来。长期以来，因为纳米尺度范围的颗粒具有新奇的性能和可能在新技术中的应用，它的制备方法是个很热门的研究领域，而这些制备方法大体分为四类：化学法：包括化学还原法、光化学合成法、电化学沉积方法等； 物理法：包括机械球磨法、气相沉积法等；冷冻干燥法；物理-化学混合方法。

2.1 金纳米粒子的制备

制备金纳米粒子可以主要分为自下而上（bottom-up)和自上而下（top-down)这两种方式。前一种方法是化学制备的方法，比如化学还原法：金属前驱体通过还原变成原子，再经过成核和生长成为纳米尺度的颗粒。这一种方式中最重要的属于液相化学法，也就是在溶液中进行纳米颗粒的合成，通过对金属前驱体、溶剂、还原剂、吸附剂或稳定剂的种类加上反应条件的合理选择，就可以制备出不同形貌的纳米颗粒。后一种方式则是物理制备的方法，它是采用消耗高能，比如激光溅射法、惰性气体蒸发法等。球形纳米颗粒是各种形貌的金纳米材料的研究制备中起步最早的。早在上世纪90年代以前，最有效的制备金纳米颗粒方法是由Turkevitch提出，也是公认的，再由Fens改进的梓檬酸盐还原法，通过控制梓檬酸盐和氯金酸的比例（摩尔），就可以得到相异尺寸金纳米颗粒脑的分布。随着进一步深入研究，金纳米材料的制备方法也逐渐丰富起来，制备金纳米粒子的方法主要有化学还原法﹑冷冻干燥法﹑湿化学合成法(包括柠檬酸钠法、硼氢化钠法、EDTA法等) ﹑晶种法和气相沉积法，还包括包括电化学法^[3]、模板法^[4]、光化学法^[5]、微波法^[6]、生物合成法^[7]等多种方法。比如：

（1）化学还原法

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