贵金属多孔纳米结构的模板法制备及生物检测应用

贵金属多孔纳米材料是一类非常重要的新型多功能纳米材料,其具有独特的空心内部、多孔的外壁以及可调的形貌等,表现出优异的光、电、催化等特性。调制贵金属多孔纳米材料的尺寸、形状、排列和空间取向等对促进其在拉曼光谱、生物传感等方面的应用至关重要。模板法是利用与目标产物的纳米尺度特征相匹配的预制结构来指导纳米材料的合成,可以制备出其他方法难以制备的新型多孔纳米结构材料。基于模板的多样性,能够便捷的调节多孔贵金属的孔径、尺寸和组分,充分的开发贵金属纳米结构的特性。本文着重介绍了贵金属多孔纳米材料的类型和调控这些纳米结构的各种模板方法,分析了各种制备方法的优势和不足,并简要综述了贵金属多孔纳米结构在生物检测方面的一些应用进展。     

溶胶-凝胶模板法制备BaTiO3纳米线及其光催化性能

纳米线为准一维纳米材料[1],因其具有优异的光学、电学及力学性能而引起人们的极大关注.它的制备方法有许多种,如分子束外延法、光刻法、CVD法、模板法[2]等.其中模板法由于具有实验装置简单,操作容易,形态可控,适用面广等特点而成为纳米材料合成领域的一大焦点.常用的模板有:有序空洞阵列氧化铝模板、含有孔洞无序分布的高分子模板、纳米洞孔玻璃模板.其中阳极氧化铝(AAO)模板具有孔径均一、排列有序、孔密度高、热稳定性好且孔径大小可控等优点,成为模板合成法中最常用模板之一[3].     

嵌段共聚物反介观液晶相新方法合成多级有序排列的二氧化硅纳米棒

在非极性溶剂体系中,开辟了利用反相液晶法制备多级有序纳米材料的新方法.利用嵌段共聚物表面活性剂在非极性溶剂中形成反相胶束,无机硅物种可以进入胶束的内部,在溶剂挥发后,有机-无机物种进一步组装成为反相六方液晶相.除去模板剂后即制备出尺寸规则的二氧化硅纳米棒材料.由于嵌段高分子的作用,六方排列的二氧化硅纳米棒进一步排列成层状结构(层间距约150nm).通过选择表面活性剂及改变其浓度,纳米棒的尺寸可以在9～15nm范围内调变.该反应途径对于合成其它尺寸均一、多级有序排列的纳米棒材料是非常有意义的.     

模板法制备枝状Pt纳米线

一维纳米材料的制备是近年来纳米材料的研究热点. 利用具有纳米尺度的孔洞阵列模板沉积各种材料构筑纳米线的方法具有制备简便和成本较低等优点[1,2]. 常用的模板有多孔阳极氧化铝(AAO)、多孔硅和聚合物等, 其中AAO模板具有耐高温, 绝缘性好, 孔洞分布均匀, 孔径、孔深大小可控等特点, 是模板法研究的热点. 通过模板法电化学沉积制备各种金属纳米线已有很多报道[3～8], 本研究小组也曾报道了模板法电化学沉积Au等纳米线的制备及性质[9～12], 但用该方法制备的金属纳米线都为单一的线状结构. 组成当代大规模集成电路的基本器件一般具有3个或3个以上的电极. 单一的线状结构纳米线, 不能满足纳米电子学对纳米材料和纳米器件性能研究的需要. 在纳米器件的特性研究和探索中, 枝状或Y形纳米结的制备有重要的意义, 它是纳米器件从理论到实用化的必备条件. Sui等[13]用模板法成功制备了枝状碳纳米管, 但用AAO模板制备枝状金属纳米线的研究至今还未见报道. 本文通过控制铝片的阳极氧化条件, 先制备出具有分枝状孔洞结构的AAO模板, 再用电化学法沉积金属Pt, 实现了枝状Pt纳米线的可控生长. 这对其它金属枝状纳米线的制备以及进一步掺杂、构筑纳米原型器件等具有显著的实用价值.     

硅基多孔氧化铝模板非水电沉积CdS纳米线的研究

纳米材料,包括尺寸为纳米量级的超细微粒?线?薄膜?量子阱和超晶格等引起了人们广泛的重视 [1,2] ?其中 , 半导体纳米微粒和由其构成的纳米固体结构开辟了材料科学研究的新领域?硫化镉 (CdS) 作为一种重要的Ⅱ - Ⅵ族无机半导体材料 , 具有独特的光电性质 , 在光电化学电池和多相光催化反应中都有广泛应用?近年来 , 已有大量关于合成 CdS 纳米结构的文献报导 [3～12] , 所采用的方法如反胶束法?单分子膜法?自组装法以及电化学沉积法等 , 其中非水电解与模板技术相结合的制备方法引起了人们高度的重视并且被广泛的采用?自从 Baranski 等在上…     

纳米银的电化学合成

纳米颗粒因具有量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等不同于晶态体材料和单个分子的固有特性 ,显示出体材料不具备的导电特性、光电特性、光催化能力及随粒径变化的吸收或发射光谱 ,已被用于各种发光与显示装置[1] .其制备的化学方法主要有溶胶 -凝胶法、微乳法、化学沉淀法和醇解法等 [2 ] .近年来 ,新发展出一种电化学合成纳米粒子的方法 ,如 Braun等 [3]利用 DNA模板电化学合成了银纳米线 ,Yu等[4 ] 用电化学合成了金纳米棒 ,Zhu等[5] 利用超声电化学合成了半导体 Pb Se纳米粒子 ,Amigo等 [6 ]用电化学方法合成了 Fe-Sr氧化…     

大孔道介孔氧化硅/碳基纳米材料的设计合成与应用

由于具有较大的孔道尺寸、 丰富的化学组成以及广阔的应用前景, 大孔道介孔纳米材料近年来引起了科研工作者的广泛关注. 分别利用复合胶束和无机纳米晶作为结构基元进行可控自组装的软模板法和硬模板法是合成这类大孔道介孔纳米材料最有效的两类方法. 本文总结了一系列基于不同类型软模板或硬模板共组装形成大孔道介孔纳米材料的合成方法和策略, 并讨论了所获得的大孔道介孔纳米材料在催化、 能量转换与存储以及生物医学中的应用. 最后, 对利用新型嵌段聚合物或复杂结构纳米晶合成大孔道介孔纳米材料的前景和挑战进行了展望.     

特殊型纳米多孔阳极氧化铝模板的制备

多孔阳极氧化铝(PAA)模板具有六角有序排列的柱形孔,且孔径均匀可调,加之其良好的机械和热稳定性,在纳米材料领域得到了广泛研究和应用。近年来,人们通过改变铝阳极氧化条件制备出了多种特殊型纳米PAA模板,并利用这些模板结合物理或化学方法成功地合成了多种新型纳米功能材料。本文在简要介绍常规纳米PAA模板制备的基础上,较全面地综述了诸如孔道呈分叉形、锯齿形、骨形、倒圆锥形,孔洞呈菱形、三角形、正方形,孔道或孔壁结构呈周期性变化等特殊型纳米PAA模板的制备,揭示了电场强度和电解液种类、温度在PAA孔洞形貌尺寸调控方面的重要性,并展望了这类模板的发展方向及应用前景。     

双金属纳米材料与催化

双金属纳米材料作为工业上少见的一类催化剂材料,在合成过程中可通过对其组成、结构晶粒大小尺寸的调控,实现其催化性能的合理调控,因此,近年来备受催化材料化学领域科技工作者的广泛关注.随着纳米材料调控合成方面的技术进步,具有均一小尺寸可控结构的纳米材料对于制备高效催化剂材料和研究催化反应机理具有重要的意义.结合纳米技术探索开发设计新型的双金属纳米催化剂材料颇具挑战性.本文围绕双金属纳米催化剂的合成、结构及其相关催化性能,从不同的双金属纳米催化剂出发,对催化剂的性能提高、催化机理研究的若干问题和分析手段及方法在催化研究中的进展发表一点初浅认识.     

模板剂在合成纳米材料中的应用与发展

模板法在纳米材料的合成过程中已成为一种非常重要的技术。利用其结构导向、骨架填充、平衡和匹配电荷等作用,可以达到精确地调控纳米材料孔道的大小、形状及结构的目的。本文主要对模板剂的种类进行了详细的分类,重点介绍了硬模板法和软模板法在合成纳米材料过程中的现状及特点,并具体介绍了模板剂在合成纳米生物材料及纳米催化剂、电化学、化工合成等方面的应用;阐述了模板法在介孔材料合成过程中的重要性,指出了目前模板剂方法存在的优缺点;提出了模板剂在超分子功能材料、光化学反应及催化工业等方面应用的纳米材料合成中的发展趋势和良好前景。     

NaOH溶液中CdS纳米棒的水热合成

在NaOH溶液中水热合成了CdS纳米棒, 并探讨了NaOH溶液浓度和反应时间对CdS纳米棒形貌及晶体结构的影响及其可能的生长机理和母液循环可行性. 用粉末X射线衍射(XRD)、 扫描电子显微镜(SEM)、 透射电子显微镜(TEM)、 高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和选区电子衍射(SAED)对CdS纳米棒进行了表征, 并考察了其在可见光照射下光催化降解亚甲基蓝的活性. 结果表明, NaOH溶液是形成棒状形貌的关键因素. 在最优实验条件下, 可获得六方纤锌矿结构CdS纳米棒, 直径约200 nm, 长度可达4 μm. 该纳米棒具有良好的可见光光催化活性.     

Synthesis of ZnO nanorods and their application in quantum dot sensitized solar cells

ZnO nanorod thin films of different thicknesses and CdS quantum dots have been prepared by chemical method. X-ray diffraction pattern reveals that the CdS quantum dot and ZnO nanorods are of hexagonal structure. Field emission scanning electron microscope images show that the diameter of hexagonal shaped ZnO nanorods ranges from 110 to 200 nm and the length of the nanorod vary from 1.3 to 4.7 μm. CdS quantum dots with average size of 4 nm have been deposited onto ZnO nanorod surface using successive ionic layer adsorption and reaction method and the assembly of CdS quantum dot with ZnO nanorod has been used as photo-electrode in quantum dot sensitized solar cells. The efficiency of the fabricated CdS quantum dot-sensitized ZnO nanorod-based solar cell is 1.10 % and is the best efficiency reported so far for this type of solar cells.     

P3HT修饰一维有序壳核式CdS/ZnO纳米棒阵列复合膜的光电化学性能

采用电化学方法在铟锡氧化物(ITO)导电玻璃上制备了高度有序的ZnO纳米棒阵列, 在ZnO纳米棒阵列上先后电化学沉积CdS纳米晶膜及聚3-己基噻吩(P3HT)薄膜得到P3HT修饰的一维有序壳核式CdS/ZnO纳米阵列结构, 并通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、能量散射X射线(EDX)等表征手段证实了该结构的形成. 以此纳米结构薄膜为光阳极组装新型半导体敏化太阳电池, 研究了CdS纳米晶膜的厚度和P3HT薄膜的沉积对电池光伏性能的影响, 初步探讨了电荷在电池结构中的传输机理, 结果表明, CdS纳米晶膜和P3HT薄膜的沉积有效地拓宽了光阳极的光吸收范围, 实验中电池的光电转换效率最高达到1.08%.     

SiC/Pt/CdS纳米棒Z型异质结的制备及其高效光催化产氢性能

In this study, a novel silicon carbide/platinum/cadmium sulfide (SiC/Pt/CdS) Z-scheme heterojunction nanorod is constructed using a simple chemical reduction-assisted hydrothermal method, in which Pt nanoparticles are anchored at the interface of SiC nanorods and CdS nanoparticles to induce an electron-hole pair transfer along the Z-scheme transport path. Multiple characterization techniques are used to analyze the structure, morphology, and properties of these materials. X-ray diffraction (XRD) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) results show that the SiC/Pt/CdS materials with good crystal structure are successfully synthesized. Transmission electron microscopy reveals that Pt nanoparticles grow between the interfaces of SiC nanorods and CdS nanoparticles. UV-Vis diffuse reflectance spectroscopy shows that the as-prepared Z-scheme heterojunction samples have a wider light absorption range in comparison with pristine CdS materials. Photoluminescence spectroscopy and the transient photocurrent response further demonstrate that the SiC/Pt/CdS nanorod sample with an optimal molar ratio possesses the highest electron-hole pair separation efficiency. The loading amount of CdS on the surface of SiC/Pt nanorods is effectively adjusted by controlling the molar ratio of SiC and CdS to achieve the optimal performance of the SiC/Pt/CdS nanorod photocatalysts. The optimal H₂ evolution capacity is achieved at SiC : CdS = 5 : 1 (molar ratio) and the maximum H₂ evolution rate reaches a high value of 122.3 µmol·h⁻¹. In addition, scanning electron microscopy, XRD, and XPS analyses show that the morphology and crystal structure of the SiC/Pt/CdS photocatalyst remain unchanged after three cycles of activity testing, indicating that the SiC/Pt/CdS nanocomposite has a stable structure for H₂ evolution under visible light. To prove the Z-scheme transfer mechanism of electron-hole pairs, selective photo-deposition technology is used to simultaneously carry out the photo-reduction deposition of Au nanoparticles and photo-oxidation deposition of Mn₃O₄ nanoparticles in the photoreaction. The experimental results indicate that during photocatalysis, the electrons in the conduction band of CdS participate mainly in the reduction reaction, and the holes in the valence band of SiC are more likely to undergo the oxidation reaction. The electrons in the conduction band of SiC combine with the holes in the valence band of CdS to form a Z-scheme transport path. Therefore, a possible Z-scheme charge migration path in SiC/Pt/CdS nanorods during photocatalytic H₂ production is proposed to explain the enhancement in the activity. This study provides a new strategy for synthesizing a Z-scheme photocatalytic system based on SiC nanorods. Based on the characterization results, it is determined that SiC/Pt/CdS nanocomposites are highly efficient, inexpensive, easy to prepare, and are stable structures for H₂ evolution under visible light with outstanding commercial application prospects.     

一种在固体基底上制备高度取向氧化锌纳米棒的新方法

采用廉价、低温的方法，在修饰过ZnO纳米粒子膜的ITO基底上成功制备出具有 高长径比、高度取向的ZnO纳米棒阵列，用扫描电子显微镜(SEM)，X射线衍射(XRD) ，高分辨透射电子显微镜(HRTEM)以及拉曼光谱对制备出的ZnO纳米棒的结构和形貌 进行了表征，测试结果表明，ZnO纳米棒是单晶，属于六方晶系，与基底直，上仍 沿(001)晶面择优生长的特征，并且ZnO纳米棒基本上无氧空位的存在，统计结果显 示，水热反应2h后90%以上的ZnO纳米棒直径为120～190nm，长度为4μm     

CdS量子点敏化ZnO纳米棒阵列电极的制备和光电化学性能

采用连续式离子层吸附与反应法制备了CdS量子点敏化的ZnO纳米棒电极.应用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对CdS量子点/ZnO纳米棒电极的形貌、晶型和颗粒尺寸进行了分析和表征;采用光电流-电位曲线和光电流谱研究了不同CdS循环沉积次数及不同沉积浓度对复合电极的光电性能影响.结果表明,前驱体浓度都为0.1mol·L-1且沉积15次敏化后的ZnO纳米棒阵列电极光电性能最好.与单纯的ZnO纳米棒阵列电极和单纯的CdS量子点电极相比,其光电转换效率显著提高,单色光光子-电流转换效率(IPCE)在380nm处达到76%.这是因为CdS量子点可以拓宽光的吸收到可见光区,并且在所形成的界面上光生载流子更容易分离.荧光光谱实验进一步说明了光电增强的原因是,两者间形成的界面中表面态大大减少,有利于减少光生电子和空穴的复合.     

纳米硫化镉的合成及其电化学催化性能测试

采用CS2-SDS-正辛醇-水微乳体系制备了硫化镉纳米棒。利用XRD、SEM、TEM对产物进行表征，测试了其对多硫化物电极还原反应的催化性能，并与常规方法合成的大粒度CdS晶体进行对比．结果表明，纳米棒为六方型CdS晶体，直径约12nm．常规法合成的CdS为立方型晶体，平均粒度约为1μm．CdS纳米棒电极对硫化钠／多硫化钠电极反应的电催化活性明显高于大粒度CdS晶体电极．     

Surfactant-ligand co-assisted solvothermal technique for the synthesis of different-shaped CdS nanorod-based materials

1-D nanorods, twinrods, golfclubs, and tripods of CdS were prepared via a surfactant-ligand co-assisted solvothermal method at 160°C. The surfactant of S-dodecylisothiounium bromide (C₁₂) used in the process was favorable for synthesis of different-shaped CdS nanorod with high aspect ratio. X-ray diffraction (XRD) and TEM images showed that the 1-D nanorods had wurtzite phase and others had a zinc blende core and wurtzite arms. The morphologies of CdS prepared under different conditions suggested the “template-assistance” of the surfactant and that the nonaqueous organic media are important for the self-assembling of inorganic components at atomic level.     

Performance enhancement of CdS nanorod arrays/P3HT hybrid solar cells via N719 dye interface modification

Improved hybrid solar cells consisting of vertical aligned cadmium sulfide (CdS) nanorod arrays and interpenetrating polythiophene (P3HT) have been achieved via modification of CdS nanorod surface by using conjugated N719 dye. The complete infiltration of P3HT between CdS nanorods interspacing was verified by scanning electron microscopy. By employing absorption and photoluminescence spectra, and current-voltage characterization the interaction between N719 molecules and CdS nanorods/P3HT interface was explored, and the role of N719 dye on the improvement of device performance was discussed.     

GaN纳米棒的催化合成及其发光特性

使用稀土元素Tb作催化剂, 通过氨化溅射在Si(111)衬底上的Ga2O3/Tb薄膜, 成功制备出GaN纳米棒. X射线衍射测试显示, GaN纳米棒具有六方结构. 利用扫描电子显微镜和高分辨透射电子显微镜观察分析得出, 纳米棒为单晶GaN, 纳米棒的直径为50-150 nm, 长度约10 μm. 光致发光谱在368.6 nm处有一强的紫外发光峰, 说明纳米棒具有良好的发光特性. 讨论了GaN纳米棒的生长机制.