金种诱导铜纳米结构的制备及形成机理

发布时间：2020-09-22 12:17

　　 铜纳米线因其优异的导电、导热和延展性,且铜源价格低廉、储量丰富,在柔性透明电极和电子器件等领域具有广泛的应用价值。随着研究深入,人们发现不同形貌的铜纳米结构具有类似于贵金属纳米结构的光学和催化特性。本文围绕铜纳米棒、纳米长方体和纳米多面体的制备方法及其光学特性开展研究,并借助第一性计算原理对其生长机理进行了探索。论文的具体研究内容和研究成果如下:1.金纳米双锥诱导铜纳米棒的合成。研究了实验参数对铜纳米棒生长的影响,发现改变种子量和前驱铜盐的浓度,可以有效调节产物的形貌和尺寸。结合计算与表征结果,分析了铜纳米棒的生长机制:(1)铜原子与种子棱上的金原子结合能较低,因此优先沉积在种子的侧面;(2)由于存在迁移现象,在前驱铜盐浓度较低的条件下,沉积在一端的铜原子会迁移到另一端,导致铜纳米棒沿着金纳米双锥的一端生长;而在浓度较高的条件下,沉积的铜原子只有一部分迁移到另一端,其余的铜原子就会在这一端产生活性位点,导致铜纳米棒沿着金纳米双锥的两端生长。2.金纳米棒诱导铜纳米长方体的合成。研究了种子量对铜纳米长方体生长的影响,通过改变种子量,制备不同尺寸的铜纳米长方体。结合电镜结果,分析了铜纳米长方体的生长过程:(1)铜原子在金纳米棒侧面沉积的速率较快,在端面沉积的速率较慢;(2)由于晶格失配的影响,铜原子在纳米棒侧面沉积形成呈岛状分布;(3)在表面活性剂的作用下,随着铜原子的沉积,椭球形的铜纳米结构逐渐形成直角铜纳米长方体。3.金纳米球诱导铜纳米多面体的合成。研究了温度对铜纳米多面体生长的影响,对比自成核形成的铜纳米结构,探索了铜纳米多面体的生长机制。结果表明:(1)在加入种子的条件下,铜原子优先沉积在种子表面;(2)晶面间的能量势垒会阻碍铜原子在种子表面的扩散,形成不规则的铜纳米多面体。随着温度的升高,扩散速率增大,形成规则的铜纳米立方体;结合时域有限差分法(FDTD)模拟铜纳米棒和纳米长方体的消光光谱,对实验中铜纳米结构的光学特性进行了分析。
【学位单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB383.1;O614.121
【部分图文】：

来直接控制所要制备的纳米结构的的大们利用琥珀磺酸二辛钠（dioctyl sodium s的形貌的可控调节[46]。体性质有很多相似之处，可以将金银的一铜纳米结构的研究探索当中。一般情况下体种子各向同性生长可以实现一维结构稳定性和控制种子的生长模式方面是有法和金银纳米结构的制备方法相比还是有性溶液中制备，但是铜纳米结构由于本身异性生长的一维金纳米结构中引入杂质性地钝化晶体特定的晶面，尽管生长机制纳米结构大小的作用[49-50]。米结构

板就可以通过煅烧或者溶解的方式去除，留下来作为产物中的组分[57-58]。这种模板较复杂的纳米结构的制备[59]。但是最大的性和结晶度的控制需要精确调控试验参数纳米结构在模板的通道或者孔洞中沉积金属原子是的生长需要在模板电极的一侧包裹一层导电利用这些孔洞的直径和长度来限制纳米结模板是将铝板在酸性溶液中经过阳极氧化的参数可以改变孔洞的大小和密度，在实每平方厘米的孔洞的数量可以达到 1011个[6出直径为 60 nm 和长度为 30 μm 的铜纳米 长度是 300 nm 的铜纳米棒[65]，但是其表面

铜纳米棒的长度可以通过改变加入到反应溶液中的种子量进行调节。图 2.6为在加入前驱铜盐量相同的条件下，调节金纳米双锥种子量所制备的铜纳米棒结构的 TEM图。从图中可以发现随着种子量的变化，铜纳米棒的长度发生明显的改变。当加入 16 mL种子时，由于种子量较多，铜原子沉积到种子表面的数量相对较少，只能在金纳米双锥的表面形成 10 nm 左右的外延层；当将种子量减少为 8 mL 时，由于种子量的减少，导致能够沿着轴向沉积的铜原子数量增加，逐渐形成铜纳米棒的结构，直径增加到 80 nm 左右，且长度明显增加到 150 nm 左右。但是当种子量进一步减少的时候，铜纳米棒的直径没有发生明显的变化，但是长度增加到 250 nm 左右。同时由于种子量的减少，导致铜原子自成核的现象更加明显，伴有大量的立方体和不规则的多面体出现。2.3.5 前驱铜盐的量对铜纳米棒生长的影响图 2.6 在反应过程中加入不同种子量的产物的 TEM 图（a）16 mL，（b） 8 mL，（c）4 mL（a） （b） （c）

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本文编号：2824374