软模板法合成贵金属纳米棒阵列以及表面增强拉曼光谱研究

Noble nanorod arrays have important applications in many fields, such as surface enhanced raman spectroscopy (SERS) and biodetection. So far, it is still a big challenge to build noble array composed of nanorods with specific facet and crystal morphology which are vital to the physcial chemical properties of material. Although soft template technology allows well controlling facet and crystal morphology of nanorod,it is still rarely used to prepare noble nanorod array because it is difficult to achieve upward oriented growth on substrate. Previously,our group and others demonstrated that orientated growth along [110] on decahedral seed crystal surface could be realized easily, resulting in the formation of nanorods with specific facet and crystal morphology. In this project, we plan to fix decahedral seed crystals onto substrate which induce upward oriented growth along [110] and allow preparing noble nanorod arrays with soft template technology and seeded growth. Further, other arrays will be prepared through selective etching and regrowth. Moreover,we will study the applications of these prepared arrays in SERS and the effect of array parameters. This project implementation provides basic data for the optimized preparation of highly active SERS substrate materials.

贵金属纳米棒阵列在表面增强拉曼光谱、生物检测等领域具有重要的应用。目前，如何制备由一定晶形和包裹晶面贵金属纳米棒组成的阵列仍是一个难题，晶形和包裹晶面是影响材料物化性能的重要因素。软模板法可以很好地控制贵金属纳米棒的晶形和包裹晶面，然而由于难以在基板上实现向上的定向生长，该法仍不能用于制备贵金属纳米棒阵列。我们和其他课题组的研究表明：用十面体纳米颗粒做晶种，容易实现沿[110]的定向生长，得到具有一定晶形和包裹晶面的纳米棒。本项目拟利用十面体纳米颗粒的这个特点，将其固定在基板上做晶种，进而诱导向上沿[110]的定向生长，用软模板法（结合种子生长法）可控生长具有一定晶形和包裹晶面的贵金属纳米棒阵列，并进一步通过选择性刻蚀和再生长构建其它阵列。研究所制备阵列在表面增强拉曼光谱中的应用，揭示阵列参数对表面增强拉曼光谱的影响规律，为制备高活性表面增强拉曼光谱基底材料积累基础。

贵金属纳米结构在生物、光学、催化等领域有着广泛的应用，其结构、形貌和组成对其性能有着重要影响。本项目基于湿化学法和种子生长法，在结构、形貌和组成调控方面做了以下工作。（1）通过pH改变Pt离子的络合环境进而调控对应的氧化还原电位，实现了Pt/Ag中空纳米线的一步合成，这种纳米线在甲醇电催化氧化中具有很好的性能。（2）采用种子生长法合成了Au@SiO2摇铃状纳米结构和Au@ZnO核壳纳米结构，它们分别在癌症诊断治疗以及太阳能利用方面展现了好的应用前景。（3）研究了AgNO3作用下Au在Pd纳米立方体表面的异相沉积生长过程，提出了一个两步生长机理。（4）通过在Au十面体表面沉积生长Pd合成了Pd-Au-Pd分段结构纳米棒，结果表明Br-和I-在Au十面体表面的竞争性吸附和他们与氯钯酸的竞争性络合在纳米棒生长过程中发挥了关键作用，并证实孪晶界的存在有利于提高催化活性。（5）通过种子生长法，合成了具有高指数晶面的Au@Pd纳米双锥，并证实了其在对硝基苯酚到对胺基苯酚的还原中具有高的催化活性。（6）基于选择性刻蚀和选择性生长，制备了单分散的Pt/Au/Ag三金属纳米环和Pt框架结构，三金属纳米环具有很好的表面增强拉曼散射性能，Pt框架结构在甲醇电催化氧化反应中具有很好的催化性能。上述研究结果发表在Advanced Materials、Chemistry of Materials、Chemistry-A European Journal、Nano Research、Nanoscale等期刊上，有两篇被选为封面论文，一篇被ChemistryViews评为研究亮点。该项目所取得的研究结果对于催化剂的优化制备以及能源材料的设计等都具有积极的理论指导意义。此外，共培养毕业硕士研究生5名。