與宏觀材料相比,納米材料因其表面效應(yīng)及尺寸效應(yīng)等而具有獨(dú)特且優(yōu)異的物理化學(xué)特性,在光電,催化,傳感,生物醫(yī)療等領(lǐng)域獲得重要的應(yīng)用,因此備受到人們關(guān)注和研究。其中,金屬納米材料在許多方面發(fā)揮了重要作用且已成為納米科學(xué)研究最多的領(lǐng)域之一。在金屬納米材料的諸多性質(zhì)中,其所具有的獨(dú)特光學(xué)性質(zhì),即表面等離子體共振最受人們的關(guān)注和研究。與傳統(tǒng)的表面等離子體共振材料,即貴金屬金銀相比,鋁具有更寬的共振波段,尤其在短波長(zhǎng)的紫外區(qū)有著金銀所不具備的優(yōu)異共振特性。另一方面鋁作為自然界豐度最高的金屬,有著得天獨(dú)厚的成本優(yōu)勢(shì)。經(jīng)過(guò)二十多年的發(fā)展,化學(xué)法在精確控制納米晶體的尺寸,形貌和組成上取得了令人矚目的成果,已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)成熟的方法。然而,由于鋁具有較低的氧化還原電位,常規(guī)的氧化還原手段很難獲得單質(zhì)鋁納米材料,因此借助氫化鋁的自身氧化還原是一種常用的合成鋁納米晶體的途徑。納米化學(xué)合成領(lǐng)域,通過(guò)調(diào)控有機(jī)分子配體對(duì)納米晶體晶面的作用,易于實(shí)現(xiàn)納米晶體的尺寸,形貌和結(jié)構(gòu)等方面的可控合成,是一種極其重要的合成策略。由于合成鋁納米晶體所用前驅(qū)體氫化鋁具有強(qiáng)還原性,常規(guī)有機(jī)分子配體極易與之反應(yīng),限制了鋁納米晶體合成的發(fā)展。綜上,合成鋁納米晶體具有重要意義并且面臨巨大的挑戰(zhàn),據(jù)此,本論文研究了不同配體對(duì)合成鋁納米晶體的影響。通過(guò)小分子與高分子作為配體的對(duì)比性研究,我們發(fā)現(xiàn)高分子配體在可控合成鋁納米晶體展現(xiàn)出很大潛力。進(jìn)一步研究表明,用雙硫酯端基聚苯乙烯合成的鋁納米晶體尺寸分布均一,尺寸及形貌可控。本論文繼續(xù)研究了雙硫酯端基聚苯乙烯可控合成的化學(xué)機(jī)理,在實(shí)驗(yàn)表征和理論計(jì)算兩個(gè)方面揭示了雙硫酯官能團(tuán)可控合成鋁納米晶體的機(jī)理。在可控合成鋁納米晶體的基礎(chǔ)上,本論文又研究了不同尺寸和不同形貌了對(duì)其表面等離子體共振性質(zhì)的影響。受雙硫酯端基聚苯乙烯可控合成鋁納米晶體的啟發(fā),本論文研究了其他含硫官能團(tuán)端基的高分子配體對(duì)合成鋁納米晶體的影響。本論文內(nèi)容簡(jiǎn)要?dú)w納如下:1.本文設(shè)計(jì)并合成了多種含有不同官能團(tuán)的高分子配體,并研究發(fā)現(xiàn)與小分子配體相比,高分子配體在合成鋁納米晶體上有更大的優(yōu)勢(shì),具體表現(xiàn)為產(chǎn)生更高比例的單個(gè)鋁納米晶體,產(chǎn)生較少聚集體,并且尺寸均一度好。在試驗(yàn)的諸多高分子配體中,雙硫酯端基聚苯乙烯初步展示出最好的控制作用。2.在高分子配體雙硫酯端基聚苯乙烯作為配體的基礎(chǔ)上,通過(guò)調(diào)控實(shí)驗(yàn)條件,實(shí)現(xiàn)了鋁納米晶體的尺寸,尺寸均一度和形貌的控制,并對(duì)制備的鋁納米晶體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。通過(guò)調(diào)節(jié)加入的催化劑的濃度,實(shí)現(xiàn)了尺寸的調(diào)控,能夠得到不同尺寸且高均一度的鋁納米晶體。通過(guò)調(diào)控配體濃度,實(shí)現(xiàn)了形貌的控制,得到了具有不同鋁{111}和鋁{100}晶面比例的鋁納米結(jié)構(gòu),同時(shí)在實(shí)驗(yàn)表征和理論計(jì)算兩個(gè)方面研究了配體與鋁納米晶體晶面的相互作用。另外,由于加入的配體影響了對(duì)溶液中鋁原子的過(guò)飽和度,進(jìn)而影響了鋁納米晶體的表面能,因此形成了具有不同表面能晶面的納米結(jié)構(gòu)。本文也探究了雙硫酯端基聚苯乙烯的分子量對(duì)鋁納米晶體生長(zhǎng)的不同作用,分子量過(guò)低無(wú)法得到均一度好的鋁納米晶體,只有高分子量的配體才能發(fā)揮控制作用,并對(duì)機(jī)理進(jìn)行了探究。3.由于表面等離子體共振材料具有尺寸和形貌依賴性,因此不同尺寸和形貌的納米晶體表現(xiàn)出不同的共振頻率,宏觀上體現(xiàn)在鋁納米晶體溶液和粉末呈現(xiàn)出不同顏色。我們用紫外可見(jiàn)光譜和單粒子暗場(chǎng)散射光譜的實(shí)驗(yàn)手段并結(jié)合時(shí)域有限差分法的理論計(jì)算研究了鋁納米晶體的溶液和單個(gè)納米晶體的表面等離子體共振性質(zhì)。這些表征手段的結(jié)果相互契合,都證明了鋁納米晶體表面等離子體共振頻率的尺寸效應(yīng):隨著鋁納米晶體的尺寸不斷增大,散射峰不斷紅移,且具有不同的表面等離子體振動(dòng)模式。同時(shí),也證明了形貌的不同對(duì)鋁納米晶體也有一定的影響:立方體截?cái)喑潭鹊脑黾邮蛊渖⑸浞宀粩嗨{(lán)移。4.高分子配體用于合成金屬納米晶體時(shí),其分子量和濃度對(duì)金屬納米晶體的尺寸,形貌和結(jié)構(gòu)有很大影響。本論文設(shè)計(jì)并合成了不同含硫官能團(tuán)端基的聚苯乙烯,通過(guò)調(diào)控一系列實(shí)驗(yàn)條件研究了不同含硫官能團(tuán)末端基作為配體合成鋁納米晶體時(shí)的各個(gè)實(shí)驗(yàn)參數(shù)的影響,拓展了雙硫酯官能團(tuán)體系對(duì)合成鋁納米晶體的研究。
【學(xué)位單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TB383.1

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1 ;我國(guó)實(shí)現(xiàn)一維納米晶體精準(zhǔn)控制[J];中國(guó)粉體工業(yè);2016年05期

2 謝元彪;許俊男;陳穎

本文編號(hào)：2810453