與宏觀材料相比,納米材料因其表面效應及尺寸效應等而具有獨特且優(yōu)異的物理化學特性,在光電,催化,傳感,生物醫(yī)療等領域獲得重要的應用,因此備受到人們關注和研究。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研究最多的領域之一。在金屬納米材料的諸多性質(zhì)中,其所具有的獨特光學性質(zhì),即表面等離子體共振最受人們的關注和研究。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,有著得天獨厚的成本優(yōu)勢。經(jīng)過二十多年的發(fā)展,化學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。納米化學合成領域,通過調(diào)控有機分子配體對納米晶體晶面的作用,易于實現(xiàn)納米晶體的尺寸,形貌和結構等方面的可控合成,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)體氫化鋁具有強還原性,常規(guī)有機分子配體極易與之反應,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合成鋁納米晶體的影響。通過小分子與高分子作為配體的對比性研究,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機理,在實驗表征和理論計算兩個方面揭示了雙硫酯官能團可控合成鋁納米晶體的機理。在可控合成鋁納米晶體的基礎上,本論文又研究了不同尺寸和不同形貌了對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端基的高分子配體對合成鋁納米晶體的影響。本論文內(nèi)容簡要歸納如下:1.本文設計并合成了多種含有不同官能團的高分子配體,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,具體表現(xiàn)為產(chǎn)生更高比例的單個鋁納米晶體,產(chǎn)生較少聚集體,并且尺寸均一度好。在試驗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上,通過調(diào)控實驗條件,實現(xiàn)了鋁納米晶體的尺寸,尺寸均一度和形貌的控制,并對制備的鋁納米晶體的結構進行了表征。通過調(diào)節(jié)加入的催化劑的濃度,實現(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。通過調(diào)控配體濃度,實現(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構,同時在實驗表征和理論計算兩個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溶液中鋁原子的過飽和度,進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構。本文也探究了雙硫酯端基聚苯乙烯的分子量對鋁納米晶體生長的不同作用,分子量過低無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,并對機理進行了探究。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。我們用紫外可見光譜和單粒子暗場散射光譜的實驗手段并結合時域有限差分法的理論計算研究了鋁納米晶體的溶液和單個納米晶體的表面等離子體共振性質(zhì)。這些表征手段的結果相互契合,都證明了鋁納米晶體表面等離子體共振頻率的尺寸效應: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模式。同時,也證明了形貌的不同對鋁納米晶體也有一定的影響:立方體截斷程度的增加使其散射峰不斷藍移。4.高分子配體用于合成金屬納米晶體時,其分子量和濃度對金屬納米晶體的尺寸,形貌和結構有很大影響。本論文設計并合成了不同含硫官能團端基的聚苯乙烯,通過調(diào)控一系列實驗條件研究了不同含硫官能團末端基作為配體合成鋁納米晶體時的各個實驗參數(shù)的影響,拓展了雙硫酯官能團體系對合成鋁納米晶體的研究。
【學位單位】：吉林大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TB383.1

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本文編號：2810453