AuAg双金属纳米复合材料的制备与性能研究

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随着纳米科学的深入发展,贵金属纳米材料由于其独特的光学、电学以及表面等离子体共振和表面拉曼散射增强等优异的性能,在生物医药、光电、催化等领域得到广泛应用。双金属纳米晶体不仅具有单贵金属本身的导电、导热等性能,还拥有独特的晶体结构和形貌,从而显示出单贵金属所不具备的优良理化性能。因此,开发多功能多元素贵金属纳米材料成为了当前研究重点之一。然而,贵金属纳米粒子的表面能很高,裸露的粒子在反应的过程中容易聚集、发生二次成核。因此,开发更加简单的方法制备结构稳定且性能优异的贵金属复合纳米材料具有十分重要的科学意义和实用价值。本课题以AuAg双金属复合纳米结构为研究目标,利用HAu Cl4与Ag之间的伽尔瓦尼置换反应,控制合成出两种不同形貌的AuAg双金属复合纳米材料,讨论了AuAg双金属核壳结构复合生物材料的形成机制,探究了新型AuAg双金属复合生物材料在光热和催化领域的应用前景。具体结构如下:(1)对贵金属纳米复合材料的研究进展进行综述。介绍了贵金属纳米复合材料中贵金属复合纳米粒子和核壳型贵金属复合纳米结构的分类及合成方法。总结概括了贵金属纳米复合材料在生物医学领域的主要应用,并分析了本研究课题的重要性。(2)AuAg@C双金属纳米复合结构的研制与优化。通过改良的一步水热法合成出核壳纳米材料Ag@C,利用HAu Cl4与Ag之间的置换反应,制备出Ag-AuAg@C核壳纳米球。其中AuAg双金属纳米晶体在碳球内部生成,并包覆在Ag核上,形成Ag-AuAg杂化纳米核。采用酸性条件蚀刻法,除去残留的Ag晶体,最终得到具有碳壳保护的AuAg@C双金属复合纳米材料。为了得到最佳产物,本工作还研究了不同反应条件,如溶剂(水/乙醇)、反应温度、HAu Cl4浓度、过氧化氢(有/无)对最终AuAg@C结构和形貌的影响。(3)空心结构AuAg@C@AuAg/PDA纳米复合材料的制备与结构调控。采用置换反应与原位还原聚合相结合的方法,在HAu Cl4和Ag@C的置换反应体系中引入多巴胺材料。利用多巴胺自聚合的特点,制备出空心结构AuAg@C@AuAg/PDA纳米复合微球。其中,AuAg双金属纳米晶体在核、壳上均有分布,显示出均匀的纳米框架-核和纳米晶体-卫星壳纳米结构。研究发现,多巴胺与溶液中的Au(III)和Ag+在碳壳表面可同时氧化和还原,形成聚多巴胺(PDA)与AuAg双金属的外层杂化壳层(AuAg/PDA)。蚀刻残余的Ag后,最终形成具有空心结构的AuAg@C@AuAg/PDA核壳纳米材料。最后,讨论了AuAg@C@AuAg/PDA复合纳米材料的结构和组成的影响因素,并提出可能的形成机理。(4)双金属纳米复合生物材料的光热和催化性能研究。在上述工作基础上,首先探究了AuAg@C和AuAg@C@AuAg/PDA两种双金属复合纳米材料的光热效应。结果表明,两种材料均具有良好的光热应用潜力,并且光热稳定性良好。同时,由于PDA自身就具有优异的光热性能,空心结构AuAg@C@AuAg/PDA纳米复合材料在生物领域显示出广泛的应用潜力。此外,双金属纳米材料在纳米催化领域十分重要,本研究以催化还原4-硝基苯酚生成药物中间体4-氨基苯酚为模型,探究了AuAg@C@AuAg/PDA的催化性能。结果表明,AuAg@C@AuAg/PDA具有优异的催化和循环利用性能。
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