强磁场对湿化学合成Pd纳米颗粒生长的影响

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fcc型贵金属纳米晶因其在催化、光学、磁学、生物医学等领域的广泛应用而备受关注。贵金属纳米晶的性能又与形貌、尺寸、成分以及相结构等密不可分,特别是尺寸与形貌,所以可控合成对提高材料性能至关重要。强磁场作为一种清洁、无接触、高能量的物理场,被逐步应用于材料合成科学中,研究者们利用强磁环境下的洛伦兹力、磁化力、磁化能和磁偶极子相互作用等,对材料的生长过程以及形貌尺寸、排列方式与相结构等进行了调控。因此,本文选取拥有典型孪晶和单晶生长体系、磁化率大、应用潜力大的贵金属Pd为研究对象,结合合成贵金属纳米颗粒应用最广泛的方法之一,湿化学法,研究强磁场对fcc结构纳米晶生长规律(孪晶和单晶生长过程)的影响机制。本文旨在寻求贵金属纳米颗粒形貌和尺寸的新控制手段,以及研究强磁场对水相条件下贵金属晶体微观结构的影响机制,丰富该领域的研究。主要结果如下:(1)磁场通过加速前驱体还原和降低颗粒表面能等作用,与弱还原剂PVP协调配合控制Pd孪晶颗粒的生长。在PVP43.5mM体系中,施加弱磁场(1T)和强磁场(6T)都只会细化晶粒尺寸。在PVP87mM体系中,施加弱磁场使晶粒尺寸减小;施加强磁场使晶粒尺寸增大。在PVP 174mM体系中,施加弱磁场和强磁场都会使晶粒尺寸增大,并诱导颗粒形貌演变。(2)磁场通过加速前驱体还原、降低颗粒表面能和增强封端剂吸附等作用效应,与强还原剂乙二醇、封端剂KBr协调配合控制Pd单晶纳米棒的生长。保持封端剂用量不变,施加磁场(2T,4T,6T):当乙二醇2ml时,晶粒长径比增大,体积减小,影响峰值在6T;当乙二醇5ml时,晶粒长径比增大,体积减小,影响峰值在4T;当乙二醇8ml时,晶粒长径比减小,体积不变,影响峰值在6T。保持还原剂用量不变,施加6T强磁场:当KBr少量与适量时,晶粒体积减小,促进纳米棒一维生长;当KBr过量时,棒状产物转变为多种形貌的混合产物。(3)磁场的同一影响效应在Pd纳米颗粒生长过程中,影响效果存在差异。如加速还原效应,在孪晶生长过程中可以使晶核、晶种形貌改变,在单晶生长过程中只作用在长大阶段。又如增强封端剂吸附与降低颗粒表面能效应的竞争,在动力学生长中,降低颗粒表面能效应占优势,颗粒熟化加速,在热力学生长中,增强封端剂吸附占优势,熟化现象不明显。
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