基本信息
- 项目名称：
- 纳米晶的组装及其性质研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 近些年，纳米晶以其优越的物理、化学性能以及在催化和临床医学等领域的广泛应用，使得它们逐渐成为材料领域中的研究热点。其中，纳米晶的尺寸和形貌是影响其性能的重要因素之一，因此如何有效地控制纳米晶的组装对其性质变化具有重要意义。本研究提出了一种新型的纳米晶可控组装方法，通过扫描电子显微镜、紫外可见光谱仪、表面增强拉曼光谱法等对其进行表征，研究了纳米晶组装前后的物理化学性质、光谱性能和稳定性等。
- 详细介绍：
- 自组装的纳米材料是先进材料的新一代，它们具有不同于单个原子和大块物质的独特物理和化学性能。它在催化、电子工业和信息储存等领域显示出特殊的作用。这些独一无二的性质主要是由它们的界面结构和表面结构决定。目前对纳米晶的研究主要集中在金、银、铂、钯等贵金属。金属纳米粒子具有制备简单、理论研究日趋成熟等优势。其物理、化学性质具有专一性和选择性，因此它们就很自然的成为制备三维尺寸组装物的理想前躯体。通过制备具有较大比表面积或特定形貌的纳米晶，并应用于燃料电池、生物分子的检测及生物传感器等领域一直是人们的研究热点。 随着对纳米晶研究的深入，纳米晶的组装逐渐引起了研究者的兴趣。例如刘建波等人通过组装CdTe量子点，实现了荧光产生和猝灭的可控性。王彬等人制备了金纳米颗粒的团聚体并用其选择性的检测汞离子。徐庆华等人通过聚合物组装金属纳米颗粒来研究其双电子荧光激发机制。然而对纳米晶不同的组装过程及性质变化尚未有系统性报道。就目前研究相对较为深入的银片也存在不足，单纯的银片缺乏光热稳定性，限制了纳米晶的应用范围。因此可以说纳米晶的组装是一个及其复杂的过程。纳米晶的组装体不仅保留了纳米晶的性质,而且产生了一些新的特性。如纳米片的紫外吸收峰的显著红移，这种性质可应用于癌症的光热疗法以及作为表面增强拉曼(SERS)的基底，还可用于制备具有特定需求的荧光物质。 本论文通过制备不同的金、银纳米颗粒组装体，并利用UV-vis、SEM对纳米晶的不同组装过程进行实时检测，研究纳米晶在不同组装过程中的性质变化及影响因素。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的:1、制备纳米晶的组装体，研究纳米晶在不同装过 程中的性质变化及影响因素。2、实现了紫外可见吸收峰(UV-vis)向可见光区的红移。 基本思路：为了研究纳米晶不同的组装体过程中的性质变化。首先设计不同途径制备了具有不同形貌(纳米球及纳米片)的组装体,然后通过一些检测手段(SEM、XRD、SERS、UV-vis等)对其组装体进行针对性的研究。
科学性、先进性及独特之处
- 科学性：不同的形貌及颗粒大小的纳米晶组装体具有完全不同的性质。我们基于模板法、共价理论等实现了各向异性纳米晶的组装。 先进性： 1、紫外可见吸收峰发生较大程度的红移；2、制备的纳米晶组装体具有较好的光热稳定性。 独特之处：1、对不同形貌纳米晶的组装做了系统性的分析；2、并就其组装过程的动力学因素做了大量的研究比较。
应用价值和现实意义
- 通过合成形貌可控的纳米晶组装体,使其具备一些特定的性质。针对纳米晶组装体的光热稳定性及在可见区的吸收峰峰，可将其用作SERS的基地、荧光物质、生物小分子的检测以及在光热法治疗癌症等领域效果都特别显著。
学术论文摘要
- 本文通过制备金、银纳米晶及其组装体，并利用紫外可见光谱仪(UV-vis)、扫描电子显微镜(SEM)等对其进行表征。实现了不同组装体(纳米球、纳米片)的紫外可见吸收峰向可见区的红移；研究了不同形貌的组装体在组装过程中的性质变化及影响因素(如浓度、时间和温度等)。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1]C. Z. Zhu, S. J. Guo, Y. M. Zhai, and S. J. Dong. Langmuir., 2010, 26, 7614-7618. [2]X. Q Huang, S. H. Tang, and X. L. Mu, et al. Nature Nanotechnology., 2010, 235, 1-5. [3]J. Zeng, S. Roberts, and Y. N. Xia. Chem. Eur. J., 2010, 16, 12559-12563. [4]Q. Zhang, Y. X. Hu, S. R. Guo, J. Goebl, and Y. D. Yin. Nano Lett., 2010, 10, 5037-5042
同类课题研究水平概述
- 纳米晶的组装体具有不同于单个原子和大块物质的独特物理、化学性能，然而这独一无二的性质主要由它们的界面结构和表面结构决定。因此如何控制纳米晶的组装并增加其在特定领域中的应用性能显得异常关键。 目前国内外制备纳米晶组装体大都采用了较高的实验条件，如在组装过程中用贵金属(如金片、钛片等)或稀土氧化物(如铟锡氧化物)作为模板。研究人员最近利用这些模板制备了金属或半导体钝化的纳米晶格和纳米阵列。然而这些方法极大地增加了实验成本，限制了在实际中规模化生产。 现阶段对纳米晶的组装研究主要集中在应用上面，很少有人对纳米晶的组装过程进行分析探讨。例如刘建波等人通CdTe量子点在可逆组装过程中的荧光产生和猝灭，借此来检测氟离子的浓度。王彬等人制备了金纳米颗粒的团聚体并用其选择性的检测汞离子。徐庆华等人利用聚合物组装金属纳米颗粒后，对其荧光性能做了比较。 近几年，就金、银纳米颗粒及纳米片的组装而言，虽然有一些文献报道过金纳米颗粒的组装。但其研究目的仍然在于利用纳米金的良好生物相容性，通过团聚体检测有机物、生物小分子以及传感器等方面。有关银组装研究目前只有一篇相关报道，它主要将聚苯胺附载在石墨或者多壁碳纳米管上，只研究了组装体在表面增强拉曼中的应用,并没有研究银的组装体在组装前后一些其它的性质变化，譬如UV-vis吸收峰的红移或者组装过程的一些影响因素(温度、浓度及组装时间等)。 纳米晶在组装后主要的性质变化是UV-vis吸收峰发生明显的红移，甚至能在可见区域产生较为良好的吸收峰，因而可将其应用于癌症的治疗或者其它的一些临床中，这将对人类得生存发展产生深远的影响。譬如郑南峰教授发表在Nature中的文献中，利用独特的方法制备出钯片，并将其在可见区产生的吸收峰应用于医学中，其能够有效地杀死有毒细胞。 另外我们注意到：“化学反应过程、调控及实验与理论”是化学科学部“十一五”优先发展领域。目前对纳米晶的组装过程及性质变化尚未有系统性报道，就目前研究相对较为深入的银片也存在不足，未组装的银片缺乏光热稳定性,限制了纳米晶的应用范围。 纳米晶的组装可以说是一个及其复杂的过程,因此本文通过对纳米晶在组装过程中的动力学因素(浓度、温度、时间等)做了系统的分析，研究了其在组装前后的性质变化。
