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由于其对于新奇物理探索和实际应用领域具有重要意义,纳米材料的结构和形貌可控合成一直是人们努力追求的目标。在这些纳米材料中,金属纳米材料由于其独特的光、电、磁、催化性质成为纳米科技研究的重要内容之一。本论文利用液相合成方法合成了银纳米线、多边形钯纳米颗粒、钯纳米球、钯纳米棒、氢氧化铟纳米材料,并使用多种表征手段对这些纳米材料的结构及物理特性进行了分析,主要结果如下:
(1)利用多元醇还原法,以AgNO3为前驱体,聚乙烯吡咯烷酮(Polyvinylpyrrolidone,PVP)为稳定剂,通过控制反应参数和添加辅助剂NaOH两种方式分别实现了高产量银纳米线的可控生长。运用XPS、FTIR等分析手段对PVP分子与银纳米线的结合作用进行了分析,确定PVP分子主要通过五元环中的氧原子与纳米线表面的银原子形成配位键合。利用巯基与银原子结合更强的特性,实现了银纳米线的水-油性转变。
(2)利用高温热解法,以乙酰丙酮钯(Pd(acac)2,acac=acetylacetonate)为前驱体,分别采用PVP和NVP(N-vinylpyrrolidone,NVP)作为稳定剂,合成了形貌迥异的钯纳米多边形颗粒和钯多晶纳米球。在对生长动力学过程进行分析后,提出了各自可能的生长机理。采用NVP作为稳定剂时,生长初期为扩散生长,后期则出现聚集生长模式,且聚集生长过程随稳定剂浓度增加而加快,最终获得多晶钯纳米球结构。对比研究表明,颗粒单元之间的耦合作用使这种钯纳米球的表面等离激元共振红移至可见光波段。
(3)利用H2PdCl4为前驱体,PVP和CTAB为稳定剂,采用多元醇法首次合成出了高产量的一维钯纳米结构-钯纳米棒,这种钯纳米棒为单晶fcc结构,生长方向为<100>,侧面出现了高能(110)面,这种独特的表面结构意味着一种新的动力学生长模式。笔者认为钯的这种一维生长来源于Br-离子的选择性刻蚀作用。磁学测试结果表明,钯纳米棒具有室温类铁磁性行为,其居里转变温度高于球形钯纳米颗粒,具体机理尚需进一步研究。
(4)利用NaBH4的水解特性,在一个简单体系中实现了铟基纳米材料形貌与成份的转变。同时利用该方法合成了一种新颖的、具有室温荧光特性的花状氢氧化铟纳米结构。
结果表明,通过对生长动力学过程的合理控制,本文可以实现银、钯等金属纳米材料的可控合成。这些新颖的低维纳米材料带来了独特的光学、磁学性能,将在未来纳电子器件构建、表面增强拉曼光谱、化学传感器、催化应用等方面存在广阔的应用前景。