银纳米结构.doc

银纳米结构的合成及其对卤素离子敏感性的测定
实验目的:
掌握银纳米结构的溶剂热合成方法;
了解SEM和TEM的表征方法;
掌握紫外-可见分光光度计的使用。
实验原理:
纳米结构指的是以纳米尺度的物质单元为基础,按照一定规律构筑或营造的一种新体系,它包括一维、二维、三维体系,这些物质单元包括纳米微粒、稳定的团簇、纳米管、纳米棒、纳米丝以及纳米尺寸的孔洞等。
在纳米材料的合成制备过程中,随着实验参数的不同,产物结果也大不相同,尽管也展开了广泛的研究,取得了大量的成果,但要真正实现控制合成,有待进一步的研究积累,这涉及到化学反应机制、热力学、动力学及晶体成核与生长动力学的微观机制问题。总体来说,随着研究的进一步发展,化学合成纳米材料现在已经不仅仅满足于基本合成,更注重合成方法的有效性、可持续性,怂恿原材料的环保性,同时更为注重合成材料的实用性,以及合成产物的形貌、性能的有效控制。
贵金属纳米结构的合成主要集中在金、银、铂、钯等金属上,发展较为完善的主要是金、银纳米结构的合成。银纳米结构在光学、电子学、光电子学、催化、生物医学、化学生物传感、表面等离子共振(SPR)、表面增强拉曼散射(SERS)探测等领域具有广阔的应用前景,可控合成银纳米结构显得尤为关键。近年来,有很多种方法被发展应用于银纳米结构的制备,多元醇过程(Polyol-Process)由于其在控制合成领域的独特优势,现在已经被大量应用于银纳米结构的控制合成。
所谓的多元醇过程(Polyol-Process)是以聚乙烯吡咯烷***(PVP)作表面活性剂(或导向剂),乙二醇作溶剂同时作还原剂,在中温(约160℃)条件下还原***银得到银纳米结构的方法,这种方法发展得最为成熟,现已成为合成银纳米结构的一种典型方法。由于乙二醇在室温下不能还原Ag+,因而在实验中使用升温反应,在较高温度下乙二醇会发生分解生成有高还原活性的乙醛。生成的乙醛再与银离子发生反应,将其还原成银单质。另一方面,由于表面活性剂PVP的存在,PVP的长链分子与Ag原子发生吸附,阻止或减慢某一晶面的生长,从而可形成具有特异形貌的银纳米结构。
2HOCH2-CH2OH→2CH3CHO+2H2O (1)
2CH3CHO+2AgNO3→CH3CO-COCH3+2Ag+2HNO3 (2)
如果在反应中引入微量杂质离子后,可合成得到具有其他特异形貌的分散性较好的银纳米结构。
基于上述,在前人工作的基础上,通过引入适量的铜盐或卤素盐,并在相对简单的反应釜中即可得到具有良好分散性的银纳米线。反应中可能的反应机理是,在银离子被还原前,预先加入的铜先被还原成铜的微小晶核;随着银离子逐渐地被还原以及反应的进一步进行,先期形成的晶核以晶种形式诱导生长,此时铜盐银离子(***离子或***根离子)起到了一种银离子缓蚀剂的作用,缓慢放出的Ag,拾起在表面活性剂PVP作用下,沿某个晶面方向(通常为<100>方向)取向生长,逐渐形成银纳米线。
本实验为了方便操作,拟采用化学反应釜,在较温和的条件下一步合成银纳米结构,并使用紫外-可见分光光度计,扫描电子显微镜和投射电子显微镜对其形貌、结构、性能进行表征。
银纳米结构具有非常特征的紫外-可见吸收性能,同时由于银纳米结构比表面积要远远大于宏观体相银材料,因而表面能较大,相对活泼,能够以单质形态在