动力学精细调控合成铝纳米二维结构与性质研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:raymond20082002
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铝作为地壳中含量最高的金属元素,具有比金银等贵金属更高的等离子体密度,因此它的等离子体响应跨越了光谱的紫外区和可见区。目前铝纳米结构展现了一些有希望的应用前景,如光催化、光电探测、传感及表面增强光谱等。在过去的二十年中,虽然金属纳米材料的调控合成已经逐渐的成熟,但是铝纳米材料的合成非常有限,迄今,主要的合成方法是top-down方式,例如物理研磨,激光刻蚀,电火花及平面印刷等,但是这些方法在形貌控制或是结晶性等方面依然存在问题,而在液相合成方面,对于形貌控制则具有更多的可能性。然而铝的可控液相合成进展缓慢的原因是铝具有比金,银等贵金属更高的还原电位,因此铝的前驱体和调控剂都需要继续探索。目前液相合成用到的前驱体主要有两种,一种是Al(acac)3与LiAlH4通过氧化还原反应合成铝纳米颗粒,到目前为止这种方法的报道很少。另一种是通过铝烷或铝烷化合物的缓释或是热分解得到铝纳米颗粒,常用的调控剂是含N,O,P的有机聚合物,但是由于铝的电正性较高,因此与调控剂的结合能较高,不利于形貌调控。在以上所有的方法中,合成最方便且成本较低,具有大规模制备潜力的方法无疑是含Al离子的前驱体直接与LiAIH4反应,整个反应可以在溶剂中一步进行,然而这种方法在调控方面的难度无疑是最大的,因为LiAIH4与水反应非常迅速,因此反应必须在有机溶剂中进行。但是由于LiAlH4是一种离子化合物,它在有机溶剂中的溶解度是非常低的,因此该反应是固-液两相参与的反应,这给反应的调控带来了极大的难题,这也是目前为止还没有通过这种方法合成规则铝纳米材料的主要原因。在之前的工作中,我们确定了以AIC13和LiAIH4为前驱体,溶解氧为调控剂的铝纳米片的合成方法,在本论文中我们根据铝纳米片的合成机理,建立了该反应的动力学模型,分析了固液反应的过程,根据模型确定了可以调控产物形貌的影响因素是氧气浓度、搅拌速率和前驱体活性。对反应过程中的氧气浓度和搅拌速率这两个影响因素进行调控,确定氧气浓度的界限是15%——40%,此外搅拌速率对气氛具有调节作用。对前驱体我们也进行了调整,证明了引入A[(acac)3可以使产物的形貌更具有均一性。根据这些调控方法,我们制备了具有不同厚度的铝纳米片,并使用这些样品来测试铝纳米片的三光子性质,结果表明铝纳米片具有三光子性质,且2nm厚度的纳米片具有最好的三光子性质。此工作丰富了铝纳米材料的合成手段,并证明了其光学的潜在应用前景。
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