低維納米材料的合成、表征及分析應(yīng)用.pdf

1、納米結(jié)構(gòu)在物理和化學(xué)行為方面填補(bǔ)了原子與其宏觀體結(jié)構(gòu)之間的空白。二十一世紀(jì)人們期待著以各種尺度和形貌的納米材料為結(jié)構(gòu)單元,進(jìn)一步構(gòu)筑其它的有序復(fù)合和組裝,以便強(qiáng)化材料的光、電、磁等各種性能,并實(shí)現(xiàn)材料間各種性能的集成。低維納米材料,包括半導(dǎo)體納米晶(量子點(diǎn))以及一維納米結(jié)構(gòu),已廣泛引起人們的研究興趣。低維納米材料的合成和應(yīng)用以及有序化陣列是近年來科學(xué)研究的熱點(diǎn)。本論文旨在發(fā)展新型低維納米材料及其陣列結(jié)構(gòu)的合成方法及分析應(yīng)用。本論文的主要

2、研究?jī)?nèi)容如下： 介紹了有關(guān)納米材料的基本理論和獨(dú)特性質(zhì),目前低維納米材料的合成方法以及其在科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。 直接混合兩種互不相容體系的溶液,由于在短時(shí)間內(nèi)生成大量的過飽和溶液而快速結(jié)晶,通常難以控制晶體結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)。然而,我們?cè)谑覝?、常壓、非除氧的條件下,利用生物小分子L-cysteine和Pb(OAc)2二元水溶液一步法快速反應(yīng),自組裝生成L-cysteine-Pb的納米線陣列結(jié)構(gòu)。通過掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子

3、顯微鏡(TEM)、高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)表征了L-cysteine-Pb納米線陣列的形貌；由X-射線衍射(XRD)、選區(qū)電子衍射(SAED)、傅立葉變換紅外光譜(FT-IR)提供了結(jié)構(gòu)信息；利用光學(xué)顯微鏡、原子吸收光譜(AAS)、TEM驗(yàn)證了我們推測(cè)的形成機(jī)理。同時(shí),該陣列結(jié)構(gòu)的形貌可以通過二元體系的反應(yīng)物濃度、反應(yīng)物摩爾比、以及加入表面活性劑的量來控制。所生成的L-cysteine-Pb的納米線陣列在無需另外加入S或Pb源

4、的常規(guī)水熱條件下可以轉(zhuǎn)換為各種漂亮的球形、花狀的半導(dǎo)體PbS結(jié)構(gòu)。 介孔納米線結(jié)合了介孔結(jié)構(gòu)與一維納米材料的優(yōu)勢(shì)成為一種獨(dú)特的功能材料。我們提出了一種簡(jiǎn)易、高效、環(huán)境友好地合成了形貌可控的半導(dǎo)體PbS介孔納米線陣列結(jié)構(gòu)的新方法。生物小分子L-cysteine在合成中起到三功能作用：前驅(qū)物L(fēng)-cysteine-Pb生成過程起結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑作用；作為PbS的硫源；在前驅(qū)物加熱分解生成產(chǎn)物過程中起致孔劑作用。采用SEM、TEM、HRTEM

5、、能量散射X-射線光譜(EDX)、XRD、以及氮?dú)馕矫摳降燃夹g(shù)對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。PbS介孔納米線陣列結(jié)構(gòu)的拉曼光譜顯示了其對(duì)激光的敏感性。 由于微波和超聲波具有不同的輻照機(jī)理,因而輔助物理和化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生不同的效果。將這兩種技術(shù)相結(jié)合,以探索更加優(yōu)越高效的物理、化學(xué)反應(yīng)輔助工具不僅具有理論意義而且具有實(shí)用價(jià)值。我們以Pb(OH)Br為例,將微波-超聲波復(fù)合輻照技術(shù)結(jié)合離子液體應(yīng)用于一維微/納米材料的合成。采用(50W-50W)

6、的微波-超聲波復(fù)合輻照可以將常規(guī)加熱24小時(shí)的反應(yīng)縮短至10分鐘內(nèi)完成,而產(chǎn)率由23.0％提高至45.0％。同時(shí)也將直徑30μm,長(zhǎng)2～3mm的產(chǎn)物變?yōu)橹睆?0～800 nm,長(zhǎng)100μm。增加微波一超聲波復(fù)合輻照功率(250 W-50 W),可將反應(yīng)時(shí)間縮短至80秒,產(chǎn)率達(dá)到48.2％。低揮發(fā)性的離子液體1-丁基-3-甲基咪唑的溴鹽代替?zhèn)鹘y(tǒng)一維納米材料合成作為軟模板的表面活性劑,同時(shí)它又是良好的微波吸收劑,而且它還是產(chǎn)物Pb(OH)B

7、r的溴源。離子液體在本實(shí)驗(yàn)中的多功能作用簡(jiǎn)化了反應(yīng)體系。水溶液條件下合成聚乙烯吡咯烷酮(PVP)納米球包覆CdTe量子點(diǎn)。通過控制反應(yīng)回流時(shí)間即可在539～606 nm范圍內(nèi)調(diào)節(jié)產(chǎn)物的光譜性質(zhì)。僅僅需要回流10分鐘,其量子產(chǎn)率在無需后續(xù)處理的情況下即可達(dá)到47.4％。TEM和HRTEM研究顯示,該產(chǎn)物的微觀結(jié)構(gòu)是直徑20 nm的PVP納米球包覆直徑3 nm的CdTe量子點(diǎn)。同時(shí),發(fā)展了采用PVP納米球包覆的CdTe量子點(diǎn)作為熒光探針檢測(cè)

8、Ag+的熒光分析法。在優(yōu)化條件下,體系猝滅的熒光強(qiáng)度與17.5μmol L-1范圍內(nèi)Ag+濃度的增加成線性關(guān)系。檢測(cè)限為0.28μmol L-1。PVP包覆的CdTe量子點(diǎn)成功地應(yīng)用于人胚腎細(xì)胞成像,表明它是一種良好的熒光標(biāo)記物。 發(fā)展了一種條件溫和的室溫水相法制備光譜可調(diào)、高穩(wěn)定性的水溶性CdTe/CdS核/殼結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)。向新鮮制備的CdTe量子點(diǎn)溶液中加入硫源繼續(xù)反應(yīng)即可生成CdS殼層。通過控制硫源的濃度即可控制CdS殼層厚