聚乙烯吡咯烷酮(PVP)相对分子质量对银纳米结构的影响/

相对分子质量不同的聚乙烯吡咯烷酮对多元醇法制备银纳米结构的影响,采用扫描电镜和X射线衍射仪对样品进行了表征及分析,并用紫外可见分光光度计研究了粒子的光学性质。实验结果表明:在相同的实验条件下,不同相对分子质量聚乙烯吡咯烷酮将得到不同形貌的银纳米粒子;相对分子质量为1×104的聚乙烯吡咯烷酮得到的银纳米线产率最大,随着聚乙烯吡咯烷酮相对分子质量增加,银纳米线将减少,相应的银纳米立方体将增多。

聚乙烯吡咯烷酮(PVP)相对分子质量对银纳米

金属纳米材料,广泛的应用

金属纳米材料

  • 金属纳米材料所具有的特殊光学及电子学性质使其在光电子、纳米电子器件等方面有着广阔的应用前景。金属纳米材料的这些性质和应用强烈依赖于纳米颗粒的尺寸和形貌。通过控制纳米颗粒的尺寸和形貌可以使其物理和化学特性可控可调,因此对纳米颗粒尺寸和形貌的控制研究非常重要。
  • 目前,用于控制纳米颗粒尺寸和形貌的方法有三种:
    一是利用某些有机化合物或表面活性剂等分子固有的特殊结构作为模板来控制晶粒的生长方向;
  • 二是利用含有特殊配位基因的有机化合物或表面活性剂对纳米颗粒特殊晶面的选择性吸附来调节颗粒不同晶面的生长速度,从而使之形貌可控;
  • 三是利用面心立方金属具有的孪晶面的方向性诱导晶粒生长。有些采用聚乙烯吡咯烷酮PVP为表面修饰剂制备规则线状、三角形、立方形和双金字塔形银纳米粒子,他们通过多元醇法改变各种参数就能得到不同形貌的纳米粒子。

分子质量不同时PVP得到的产物对比

分子质量不同时PVP得到产物的对比

  • 在保持其他条件不变的前提下,通过使用不同相对分子质量的PVP,制备出形貌不同的银纳米粒子。得到了不同分子质量得到的产物XRD谱图和不同分子量得到的产物吸收光谱图。
  • 从上图4中可以看出,分子质量不同时PVP得到产物的图不同,当分子质量为5.8X104的时各种晶面之间的比值比较接近于标准值。此时在载玻片上所形成银膜的对应值,仅仅略高于标准值,这主要是由于此时载玻片上的粒子绝大部分为立方体粒子,仅存在少量线状粒子的缘故,当PVP的分子量为1.0X104时,图中可以看出比标准值高出了数倍,可见该银膜此时具有高度的取向性,这主要与此时银纳米粒子基本上为线性机构有关。当PVP分子量为3.0X104时,图中结果表明,这些线状和立方体银纳米粒子在载玻片上形成的银膜,依然具有很高的取向性。
  • 从图5中可以看出:金属胶体在紫外可见区有吸附带或者吸附区,这是由价带电子与电磁场的相互作用产品的连续震动,即表面等粒子体共振而产生的,这是小粒子尺寸效应的表现,吸收峰的位置和形状与粒子大小,形状和团聚状态有关。
  • 图5中为加入不同分子量PVP所得到产物溶液的吸收光谱图。图中所示银纳米立方体溶液胶的吸收光谱在353--427nm存在两个明显的特征吸收峰,分别为四极子和偶极子共振吸收峰。

紫外收光谱分析

紫外收光谱分析

  • 在相同的实验条件下,通过使用不同分子量的PVP,制备出形貌不同的银纳米粒子。分子量为1.0X104的聚乙烯吡咯烷酮得到的纳米线最多,聚乙烯吡咯烷酮分子量增加,纳米线减少,相应的纳米立方体将增多。完善了已有的多元醇法中银纳米粒子的生长机理,证明了PVP在晶体生长中的选择性吸附所起的作用,提出并证明了分子量不同的PVP对产物产生的影响的重要性。
  • PVP可以通过其链上的C=O与银晶体表面形成Ag--O配位键,由于不同晶面上的Ag原子的密度不同,具有不同的表面能,加上分子量不同的PVP具有不同的空间效应,使得PVP可以选择性的吸附在不同晶面上,改变不同晶面的生长速度,从而实现诱导晶种各向异性生长。
  • 金属胶体在紫外可见区有吸附带或者吸附区,这是由价带电子与电磁场的相互作用产生的连续振动,即表面等离子体共振而产生的,这是小粒子尺寸效应的表现,吸收峰的位置和形状与粒子大小、形状和团聚状态有关。
  • 为加入不同分子量PVP 所得到产物溶胶的吸收光谱图。这里的溶胶是对应一致的。利用离散偶极近似方法对1 维纳米结构的模拟得出,线状粒子具有两个典型的表面等离子体共振吸收峰 (SPR);PVP 分子量为3. 0X 10⁴ 的谱线在420 nm 附近的峰是粒子的面外偶极共振峰,其右侧的峰是粒子的面内偶极共振峰。1 维银纳米结构具有横向和纵向两个SPR 吸收峰,且纵向SPR 峰随纵横比的增加而思著红移,谱线右侧的峰源自纳米线的影响,该峰随长径比的增加而红移。当纳米线的长径比减小,并且其它形貌的植子出现时,分子量为5.8X10⁴时的谱线的面内偶极峰明显的蓝移,大致蓝移至750 nm处。分子量为1.0X 10⁴时的谱线为典型的银纳米立方体的紫外吸收光光谱图,图中所示银纳米立方体溶胶的吸收光 谱在353~427 nm 存在两个明显的特征吸收峰,分别为四极子和偶极子共振吸收峰。

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