本文關(guān)鍵詞：還原氧化石墨烯負(fù)載小尺寸金納米籠的可控制備及性質(zhì)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：籠狀金納米材料由于獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)以及良好的生物相容性而備受矚目,近年來人們開始尋找載體制備多元復(fù)合材料以豐富金納米材料的應(yīng)用范疇。其中石墨烯,一種只有原子級(jí)別厚度的二維平面碳基納米薄層材料,具有極高的電子遷移率,是許多納米材料器件的理想構(gòu)筑平臺(tái)。因此,如何將二者復(fù)合,以獲得協(xié)同增強(qiáng)的效應(yīng),已成為當(dāng)前材料科學(xué)領(lǐng)域里的研究熱點(diǎn)之一。通過對(duì)金納米籠/石墨烯復(fù)合材料研究狀況的調(diào)研和分析,發(fā)現(xiàn)當(dāng)前的制備方法仍有一定的改善空間。(1)當(dāng)前通過組裝法制備的金納米籠/石墨烯復(fù)合材料中的金納米籠多以預(yù)先制備的銀納米粒子為犧牲模板,而作為模板的銀納米粒子的尺寸難以調(diào)控,普遍較大,因此所制得的金納米籠尺寸與模板相當(dāng),內(nèi)腔直徑通常也較大。對(duì)于小尺寸的金納米籠/石墨烯復(fù)合材料的制備方法與性能探索還存在一定的提升空間。(2)現(xiàn)有的合成技術(shù)多為組裝的方法,合成步驟繁瑣,過程涉及表面功能化修飾、偶聯(lián)組裝等步驟,每一步的處理過程中無疑會(huì)損失粒子、降低產(chǎn)率。且組裝前預(yù)先被表面活性劑等強(qiáng)配體修飾過的金納米籠表面相對(duì)來講不夠“清潔”,不利于復(fù)合材料在催化、SERS等方面應(yīng)用中的活性提高�；谏鲜龇治�,本文的主要工作內(nèi)容如下:第一,利用原位生長方法通過一鍋反應(yīng)同步還原硝酸銀(Ag NO3)與氧化石墨烯(GO)制備小尺寸銀納米粒子/還原氧化石墨烯(Ag/RGO)復(fù)合材料,之后以Ag/RGO為犧牲模板,通過電流置換方法制備小尺寸的金納米籠/還原氧化石墨烯(Au nanocages/RGO)復(fù)合材料。電流置換反應(yīng)過程中材料表面等離子體吸收光譜可調(diào),方法簡單迅速,1分鐘內(nèi)即可完成。通過UV-vis、TEM、HRTEM、FTIR、XRD、XPS等表征技術(shù),證實(shí)了合成材料中籠狀金納米結(jié)構(gòu)的生成以及GO得以還原為RGO,并且通過對(duì)反應(yīng)過程的形貌監(jiān)測(cè),推斷出反應(yīng)機(jī)理。銀納米粒子的電流置換反應(yīng)的最初首先形成一個(gè)完整的銀納米殼,隨后再演變成空心多孔的八面體金銀合金納米結(jié)構(gòu)。通過改變HAu Cl4前驅(qū)物和Ag納米粒子的比例,我們可以改變最終納米籠結(jié)構(gòu)表面的孔徑尺寸與密度。此外,本文還系統(tǒng)地研究了不同p H、抗壞血酸和檸檬酸鈉兩種還原劑的加入比例(L-aa/Na3Cit)對(duì)合成材料的吸收光譜和材料組分形貌的影響。發(fā)現(xiàn)當(dāng)p H=2.16時(shí),是制備Au nanocages/RGO的最佳條件,當(dāng)p H過高時(shí),HAu Cl4的活性降低,無法充分刻蝕Ag/RGO模板形成籠狀金納米結(jié)構(gòu);而L-aa/Na3Cit的摩爾比例在4/1以上時(shí),其還原活性才可達(dá)到Au nanocages/RGO的生成條件。第二,在成功合成小尺寸Au nanocages/RGO復(fù)合材料后,我們演示了其催化還原對(duì)硝基苯胺(4-NA)的模型反應(yīng),并得出了粒子形貌與其催化活性的關(guān)系:隨著金的前驅(qū)物的加入量的增多、金納米結(jié)構(gòu)內(nèi)腔直徑的增大、外壁厚度的減小以及外壁孔洞數(shù)量的增多以及孔徑尺寸的增大,Au nanocages/RGO的催化活性逐漸提高。當(dāng)金的前驅(qū)物加入濃度與銀粒子濃度的摩爾比例(RHAu Cl4/Ag)為0.35時(shí),制得的金納米籠內(nèi)腔直徑在11.3 nm左右,此時(shí)催化活性最高,反應(yīng)速率常數(shù)最大,k=-1.00737 min-1。另外,與本文進(jìn)行的對(duì)照實(shí)驗(yàn)中,通過文獻(xiàn)報(bào)道的組裝方法制備的相同濃度的Au nanocages/RGO復(fù)合材料相比,本實(shí)驗(yàn)方法制得的催化劑具有更高的催化活性以及更好的穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：小尺寸金納米籠 還原氧化石墨烯(RGO) 催化劑 原位生長 電流置換法
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O614.123;TB383.1
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-13
• 第一章 前言13-53
• 1.1 金納米籠的簡介14-28
• 1.1.1 貴金屬納米籠的制備14-22
• 1.1.1.1 金納米籠的制備14-17
• 1.1.1.2 鉑和鈀納米籠的制備17-19
• 1.1.1.3 金沉積的脫合金元素腐蝕分離19-21
• 1.1.1.4 貴金屬納米籠衍生物多壁納米殼及納米搖鈴的制備21-22
• 1.1.2 金納米籠的性質(zhì)與應(yīng)用22-28
• 1.1.2.1 金納米籠的表面等離子體共振效應(yīng)(SPR)22-24
• 1.1.2.2 金納米籠的生物醫(yī)藥應(yīng)用24-25
• 1.1.2.3 金納米籠的催化應(yīng)用25-27
• 1.1.2.4 金納米籠的表面增強(qiáng)拉曼散射(SERS)應(yīng)用27-28
• 1.2 石墨烯的簡介28-39
• 1.2.1 石墨烯的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)29-31
• 1.2.2 石墨烯的制備方法31-36
• 1.2.2.1 機(jī)械剝離法31-32
• 1.2.2.2 化學(xué)氣相沉積法32-33
• 1.2.2.3 化學(xué)方法33-34
• 1.2.2.4 SiC的熱分解34-35
• 1.2.2.5 碳納米管（CNTs）縱向剖開和其它方法35-36
• 1.2.3 石墨烯的應(yīng)用36-39
• 1.2.3.1 電池36-37
• 1.2.3.2 場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)37-38
• 1.2.3.3 生物醫(yī)藥應(yīng)用38-39
• 1.3 石墨烯基貴金屬納米粒子復(fù)合材料的簡介39-52
• 1.3.1 石墨烯-貴金屬納米粒子復(fù)合材料的制備方法39-46
• 1.3.1.1 原位還原法39-41
• 1.3.1.2 水熱法41-43
• 1.3.1.3 電化學(xué)法43-45
• 1.3.1.4 非原位組裝法45-46
• 1.3.2 石墨烯基貴金屬納米粒子復(fù)合材料的應(yīng)用46-52
• 1.3.2.1 在燃料電池方面的應(yīng)用46-48
• 1.3.2.2 在表面增強(qiáng)拉曼散射(SERS)方面的應(yīng)用48-49
• 1.3.2.3 在生物傳感方面的應(yīng)用49-52
• 1.4 本文立體思想及研究內(nèi)容52-53
• 第二章 還原氧化石墨烯負(fù)載小尺寸金納米籠的制備和表征53-82
• 2.1 引言53-54
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分54-59
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑54-55
• 2.2.2 金納米籠/還原氧化石墨烯復(fù)合材料(Au nanocages/RGO)的制備55-58
• 2.2.2.1 實(shí)驗(yàn)方法55
• 2.2.2.2 制備機(jī)理與策略流程示意圖55-56
• 2.2.2.3 氧化石墨烯(GO)的制備56-57
• 2.2.2.4 銀/還原氧化石墨烯(Ag/RGO)模板的制備57
• 2.2.2.5 金納米籠/還原氧化石墨烯(Au nanocages/RGO)復(fù)合材料的制備57-58
• 2.2.2.6 調(diào)節(jié)反應(yīng)體系pH制備Au nanocages/RGO復(fù)合材料58
• 2.2.2.7 調(diào)節(jié)反應(yīng)體系中L-aa/Na_3Cit的 比例制備Aunanocages/RGO復(fù)合材料58
• 2.2.3 實(shí)驗(yàn)儀器與表征58-59
• 2.3 結(jié)果與討論59-81
• 2.3.1 銀/還原氧化石墨烯(Ag/RGO)模板的表征59-64
• 2.3.1.1 透射電子顯微鏡(TEM)與紫外吸收光譜分析結(jié)果59-61
• 2.3.1.2 原子力顯微鏡 (AFM) 分析結(jié)果61-62
• 2.3.1.3 熱重分析(TGA)結(jié)果62-63
• 2.3.1.4 能量色散X射線 (EDX)元素分析結(jié)果63-64
• 2.3.2 金納米籠/還原氧化石墨烯(Au nanocages/RGO)復(fù)合物的制備與表征64-81
• 2.3.2.1 pH對(duì)金納米籠的形貌影響65-68
• 2.3.2.2 L-aa/Na_3Cit比例對(duì)金納米籠的形貌影響68-70
• 2.3.2.3 Au nanocages/RGO中金納米籠生長過程的研究70-73
• 2.3.2.4 X射線衍射（XRD）分析結(jié)果73-74
• 2.3.2.5 拉曼測(cè)試（Raman）分析結(jié)果74-76
• 2.3.2.6 傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜（FTIR）分析結(jié)果76-77
• 2.3.2.7 X-射線光電子能譜(XPS)分析結(jié)果77-81
• 2.4 本章小結(jié)81-82
• 第三章 還原氧化石墨烯負(fù)載不同金納米籠的催化性能研究82-94
• 3.1 引言82-83
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分83-86
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑83
• 3.2.2 還原氧化石墨烯負(fù)載不同形貌金納米籠的合成83-84
• 3.2.3 不同形貌Au nanocages/RGO復(fù)合材料對(duì) 4-NA的催化活性的影響84
• 3.2.4 本實(shí)驗(yàn)方法制得的Au nanocages/RGO hybrids復(fù)合材料與組裝法制得的Au nanocages/RGO assemblies復(fù)合材料的催化活性及穩(wěn)定性的比較84-86
• 3.2.5 實(shí)驗(yàn)儀器與表征86
• 3.3 結(jié)果與討論86-93
• 3.3.1 不同HAuCl4加入量對(duì)反應(yīng)制得的催化劑的形貌及組分的影響86
• 3.3.2 不同組分及形貌的Au nanocages/RGO復(fù)合材料對(duì) 4-NA催化活性的影響86-89
• 3.3.3 本實(shí)驗(yàn)方法制得的Au nanocages/RGO hybrids復(fù)合材料與組裝法制得的Au nanocages/RGO assemblies復(fù)合材料的穩(wěn)定性的比較89-93
• 3.4 本章小結(jié)93-94
• 參考文獻(xiàn)94-103
• 致謝103-105
• 作者簡歷105

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