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金属多阶层结构纳米材料的电化学制备及其应用

作　者: 徐春菊
导　师: 贾能勤
学　校: 上海师范大学
专　业: 物理化学
关键词: 电沉积枝晶银金合金纳米结构材料生物电化学
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

贵金属纳米金属颗粒具有独特的物理和化学性能,其中包括可逆金属/绝缘体电子跃迁、非线性光学效应、光能转化效应、催化效应和表面增强拉曼效应（SERS）等。贵金属Au, Ag及其合金纳米粒子的特性依赖于粒子的尺寸、形状和晶体结构。因此,制备过程中实现对Au, Ag纳米粒子大小、形貌和晶体结构的控制显得非常重要。本论文采用电化学方法调控合成不同形貌的Ag, Au及其合金的纳米材料,研究了这些金属多阶层结构纳米材料的电沉积机理,并且初步探讨了这些新型纳米结构材料在表面增强拉曼和生物电化学方面的应用。本论文研究内容如下:1.采用电沉积技术制备形貌有序,单晶结构的银枝晶。初步探索了其作为基底对生物小分子的拉曼增强（SERS）效应的应用。实验结果表明,低AgNO₃浓度、低电流密度和合适温度是枝晶银形成的重要条件。控制合适的条件,银枝晶可以用电沉积方法大批量合成,而且得到的枝晶结构比较均匀。银枝晶为松树状,有长长的主干、侧枝和叶子。主干的直径约50 nm,主干和枝干的长度可以分别达到40μm和10μm。而且枝晶有较高的对称性。每个侧枝对称地从主干以60°生长,这说明了银枝晶的生长具有选择性。而在相同电流密度沉积条件下,较高AgNO₃浓度或温度低于25℃或高于60℃时,均不利于银枝晶的生长,只能得到银微米粒子。制备的枝晶银应用实验表明,以枝晶银作为基底,对生物小分子腺嘌呤的检测具有较强的表面拉曼增强效应。2.使用一种简单的、可控的、原位生长的电化学方法,制备了不同元素的金基的花朵状的纳米结构材料。并初步探讨了其形成机理。实验表明,在电解液中加入不同的金属离子,可有效地改变纳米晶体的形状,获得大小均匀、形貌可控的各种新型的花朵状纳米合金材料。这些花朵状的金基的纳米结构的材料的生长,遵循着成核理论,即先形成核,然后晶体选择性生长,长成花朵状的形貌。3 .采用循环伏安法研究了尿酸和抗坏血酸及其混合体系在花朵状金镍纳米合金玻碳修饰电极上的电化学行为。结果表明,相对于裸玻碳电极,抗坏血酸和尿酸在该修饰电极上的氧化峰电流增加,二者的氧化峰电位差（ΔE_P）约为180mV。说明该修饰电极对UA和AA具有良好的电催化作用,并且在高浓度的抗坏血酸存在下,对尿酸有较好地选择性电化学响应。以花朵状金镍纳米合金生物载体构建血红蛋白-金镍纳米合金修饰电极。实验表明该修饰电极能够较好地促进血红蛋白电子传递,实现了蛋白质的直接电化学。为研究氧化还原蛋白质的直接电化学和构造第三代生物传感器提供了新的材料,有望在生物电化学方面具有崭新的应用前景。

全文目录

摘要  2-4
Abstract  4-9
第一章前言  9-25
  1.1 纳米材料概述  9-12
    1.1.1 纳米定义  9
    1.1.2 纳米材料的分类  9
    1.1.3 纳米材料的合成方法  9-11
    1.1.4 模板法  11-12
  1.2 电化学方法制备纳米材料  12-18
    1.2.1 电化学技术制备纳米镀层  12-13
    1.2.2 电化学方法设计特制的纳米材料  13-14
    1.2.3 电沉积纳米晶体材料的发展  14-15
    1.2.4 电化学沉积制备纳米结构晶体的机理  15-16
    1.2.5 电沉积纳米晶(金属)材料的应用  16-18
  1.3 目前存在问题  18
  1.4 本论文的选题依据和研究设想  18-25
第二章纳米结构金属枝晶银的制备、表征及应用  25-39
  2.1 引言  25-26
  2.2 实验部分  26
    2.2.1 电沉积银的制备  26
    2.2.2 产物结构表征  26
  2.3 结果与讨论  26-35
    2.3.1 结构的表征  26-32
    2.3.2 枝晶状纳米银的形成机理研究  32-33
    2.3.3 反应浓度的影响  33
    2.3.4 枝晶银作为基底的SERS 效应  33-35
  2.4 本章小结  35-39
第三章花朵状纳米金基合金的制备与表征  39-52
  3.1 引言  39
  3.2 实验部分  39-40
    3.2.1 药品  39
    3.2.2 花朵状合金纳米的制备  39-40
    3.2.3 产物结构表征  40
  3.3 结果与讨论  40-45
    3.3.1 金镍合金的花朵状纳米结构材料  40-42
    3.3.2 金钴合金的花朵状纳米结构材料  42-44
    3.3.3 金铜合金的花朵状纳米结构材料  44-45
  3.4 花朵状纳米结构材料形成的机理的初步探讨  45-48
    3.4.1 电沉积时间对晶体形貌的影响  45-47
    3.4.2 不同金属离子对晶体结构的影响  47-48
  3.5 本章小结  48-52
第四章抗坏血酸、尿酸和血红蛋白在金镍纳米合金晶体材料修饰电极上的电化学行为  52-66
  4.1 引言  52-53
  4.2 实验部分  53
    4.2.1 仪器与试剂  53
    4.2.2 金镍合金修饰电极的制备  53
    4.2.3 溶液的配制  53
  4.3 结果与讨论  53-65
    4.3.1 金镍合金的形貌和结构  53-55
    4.3.2 UA、AA 在有金镍合金修饰电极上的电化学行为  55-65
  4.4 本章小结  65-66
参考文献  66-68
致谢  68-69
硕士期间研究成果  69-70

金属多阶层结构纳米材料的电化学制备及其应用

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