一种银纳米结构生长机理的分析方法技术

本发明专利技术公开了一种银纳米结构生长机理的分析方法，(a)制备金纳米双锥、以金纳米双锥为中心的金纳米框，分别作为长度可调的硬模板；(b)将硬模板分别离心分散入十六烷基三甲基氯化铵溶液中，测量颗粒的吸收峰，根据吸收峰的强度调节各硬模板的颗粒数相等；(c)加入等量硝酸银溶液和抗坏血酸溶液，摇匀并在50～70℃反应，制得银纳米棒；(d)比较步骤(c)银纳米棒形貌，确定混合反应体系中硬模板类型对银纳米棒形貌的影响，明确银纳米棒的生长机理。本发明专利技术通过构建形貌相近的金纳米结构为模板，简单直观地研究验证模板的选择于银原子的沉积机理与最终结构的重要影响，设计思路简洁，实验可操作性强，条件温和。条件温和。条件温和。

【技术实现步骤摘要】
一种银纳米结构生长机理的分析方法


[0001]本专利技术属于机理分析方法，具体为一种银纳米结构生长机理的分析方法。

技术介绍

[0002]银纳米结构因其优异的表面等离激元特性在传感、成像和光电器件等领域具有广泛的应用前景。模板法是实现银纳米结构尺寸及形貌的精确控制有效方法之一，通过将种子置入模板中，被还原的原子将于种子表面沿模板导向生长。因此，通过选用合适模板结构，易于构建理想的银纳米结构。其中，基于硬模板法，如介孔二氧化硅，制备银纳米结构的方法最终可实现对模板内空间的复制，引起人们的广泛关注，并在很多文献中都有了相关报道，例如J.Phys.Chem.Lett.2020,11,2830
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2837；Chem.Mater.2019,31,2741
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2749。
[0003]实际上，软模板因其独特的胶束通道及选择吸附性可促进多种类型银纳米结构的合成。但在混合模板体系中，软模板的作用被忽略。若提升软模板的导向作用，在软硬模板的共同作用下，可进一步提升对还原原子沉积位点的多样选择性及可控制性，促进实现新型纳米结构的设计构筑。
[0004]但目前所制备的模板，如二氧化硅等材料，结构较为单一，且钢性强，对结构的生长具有很强的限制作用，以致所得产物结构单一，很难区分软硬模板对该结构变化的影响，因此对模板法下纳米结构生长机理的研究一直难以实现。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：为了克服现有技术的不足，本专利技术目的是提供一种可操作性强、条件温和的银纳米结构生长机理的分析方法。
[0006]技术方案：本专利技术所述的一种银纳米棒生长机理的分析方法，包括以下步骤：
[0007](a)制备金纳米双锥、以金纳米双锥为中心的金纳米框，分别作为长度可调的硬模板；
[0008](b)将硬模板分别离心分散入十六烷基三甲基氯化铵溶液中，测量颗粒的吸收峰，根据吸收峰的强度调节各硬模板的颗粒数相等；
[0009](c)向步骤(b)所得各溶液中加入硝酸银溶液和抗坏血酸溶液，摇匀并在50～70℃反应，制得银纳米棒；
[0010](d)比较步骤(c)银纳米棒形貌，确定混合反应体系中硬模板类型对银纳米棒形貌的影响，明确银纳米棒的生长机理。
[0011]进一步地，步骤(a)中，金纳米框端部的封闭程度通过调节置换反应、共还原反应的比例来调节。当置换反应占主导时，封闭程度最低，当还原反应占主导时，封闭程度最高。
[0012]进一步地，步骤(b)中，十六烷基三甲基氯化铵的浓度为0.01～0.1mol/L。用紫外
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可见
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近红外光谱仪测量颗粒的吸收峰，紫外
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可见
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近红外光谱仪的测试范围为300
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1400nm。根据不同样品吸收峰的强度，对硬模板的颗粒数进行调节，若强度超过设定强度，则加十六烷基三甲基氯化铵进行稀释，重复测量光谱进行调节，直至调至所需颗粒数。离心
转速为4000～7000rpm/min。离心转速大于7000rpm/min，将使得样品团聚；离心转速小于4000rpm/min，会造成样品不必要的损失。
[0013]进一步地，步骤(c)中，硝酸银的浓度为0.2～5mmol/L，抗坏血酸的浓度为10～100mmol/L。硝酸银的浓度小于0.2mmol/L，加入过大体积的前驱盐将稀释十六烷基三甲基氯化铵的作用，影响生长；硝酸银的浓度大于5mmol/L，会反应过快，促进杂质结构生成。抗坏血酸的浓度小于10mmol/L，会达不到还原强度；抗坏血酸的浓度大于100mmol/L，会还原能力过强，促进前驱盐的自成核，生成杂质结构。硝酸银溶液的加入为滴加或一次性注入，滴加的速率为10～50μL/min。滴加速率小于10μL/min，会反应速度过慢，时间过长，降低反应时效；滴加速率大于50μL/min，过快的反应速度会降低十六烷基三甲基氯化铵的作用，难以获得理想结构。反应时间为4～8h。反应时间小于4h，加入的前驱盐难以反应完全，造成浪费；反应时间大于8h，会降低反应时效。
[0014]反应原理：硝酸银溶液在还原剂抗坏血酸的作用下，将还原为银原子沉积于金纳米结构表面，外延生长成银纳米结构；当以金纳米双锥为种子，只存在软模板时，银原子将沉积于金纳米双锥侧面，并沿软模板的胶束通道方向纵向生长为细长的银纳米棒结构，且伴随前驱盐量的增加而纵向延长，直径保持不变，略大于金纳米双锥；当以金纳米双锥为中心的金纳米框为核时，银原子仍选择性沉积于金纳米双锥侧面，纵向生长，且在纳米框的引导作用下，其生长速度略快于以金纳米双锥核时的生长速度，但伴随银前驱盐量的增加，受到金纳米框两端封口的限制，所得纳米棒的长度保持不变，横向直径不断增加；相反的，当金纳米框两端未封口时，随前驱盐量的增加，银纳米棒沿纵向不断生长，直径保持不变。通过对比以上三种所得银纳米棒，银原子倾向于沉积于金纳米双锥高指数面，且受纳米框的导向作用，其纵向生长速度增加。因此，纳米框结构的微小差别将直接影响所得纳米棒的直径及长度，证明模板结构于结构设计的重要性。
[0015]有益效果：本专利技术和现有技术相比，具有如下显著性特点：通过构建形貌相近的金纳米结构为模板，简单直观地研究验证模板的选择于银原子的沉积机理与最终结构的重要影响，设计思路简洁，实验可操作性强，条件温和。
附图说明
[0016]图1是本专利技术的结构变化图，其中，a为以金纳米双锥为核生长所得银纳米结构，b为以金纳米双锥基封顶金纳米框为核生长所得银纳米结构，c为以金纳米双锥基未封顶金纳米框为核生长所得银纳米结构；
[0017]图2是本专利技术的金纳米结构透射电镜图，其中，a为金纳米双锥，b为金纳米双锥基封顶金纳米框，c为金纳米双锥基未封顶金纳米框；
[0018]图3是本专利技术的银纳米棒的透射电镜图，其中，a为金纳米双锥为核生长的银纳米棒，b为金纳米双锥基封顶金纳米框为核生长的银纳米棒，c为金纳米双锥基未封顶金纳米框为核生长的银纳米棒；
[0019]图4是本专利技术不同长度硬模板的透射电镜图，其中，a为短硬模板，b为较长硬模板，c为长硬模板。
具体实施方式
[0020]以下各实施例中，金纳米双锥纯度为99％，吸光度在1。以金纳米双锥基的封顶/未封顶的金纳米框结构纯度为99％，吸光度为1。紫外
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可见
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近红外光谱仪的测试范围为300～1400nm。
[0021]实施例1
[0022]一种银纳米棒生长机理的分析方法，包括以下步骤：
[0023]a、制备金纳米双锥，在共还原反应主导下，制备金纳米双锥基封闭金纳米框为硬模板，在置换反应主导下，制备金纳米双锥基未封闭金纳米框为硬模板；
[0024]b、将2mL硬模板水溶液分别在6500rpm/min下离心10min，分散到浓度为2mL、0.08mol/L的十六烷基三甲基氯化铵溶液中，用紫外
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可见
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种银纳米棒生长机理的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)制备金纳米双锥、以金纳米双锥为中心的金纳米框，分别作为长度可调的硬模板；(b)将硬模板分别离心分散入十六烷基三甲基氯化铵溶液中，测量颗粒的吸收峰，根据吸收峰的强度调节各硬模板的颗粒数相等；(c)向步骤(b)所得各溶液中加入硝酸银溶液和抗坏血酸溶液，摇匀并在50～70℃反应，制得银纳米棒；(d)比较步骤(c)银纳米棒形貌，确定混合反应体系中硬模板类型对银纳米棒形貌的影响，明确银纳米棒的生长机理。2.根据权利要求1所述的一种银纳米棒生长机理的分析方法，其特征在于：所述步骤(a)中，金纳米框端部的封闭程度通过调节置换反应、共还原反应的比例来调节。3.根据权利要求2所述的一种银纳米棒生长机理的分析方法，其特征在于：所述步骤(a)中，当置换反应占主导时，封闭程度最低；当还原反应占主导时，封闭程度最高。4.根据权利要求1所述的一种银纳米棒生长机理的分析方法，其特征在于：所述步骤(b)中，十六烷基三甲基氯化铵的浓度为0.01～0.1mol/L。5.根据权利要求1所述的一种银纳米棒生长机理的分析方法，其特征在于：所述步骤(b)中，用紫外
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【专利技术属性】
技术研发人员：朱兴忠，徐娟，恽沁茹，阚彩侠，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：