尺寸均一、高纯度金纳米棒的合成优化开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

目前，纳米材料的制备和研究已经成为了材料研究中的一个热门领域，各种纳米材料有着独特的物理化学和光学性能，并且随着尺寸和形态的变化，它们的各种特性可以随之改变，应用于不同的用途。现在，人们可以制备不同尺寸的纳米粒子，其中最有应用潜力的就是金纳米棒。 金纳米棒是一种尺度从几纳米到上百纳米的棒状金纳米颗粒。金是一种贵金属材料，化学性质非常稳定，金纳米颗粒沿袭了其体相材料的这个性质，因此具有相对稳定的性质。金纳米棒有纵向和横向两个等离子吸收峰，其纵轴与横轴长度之比，即长宽比，在1.5-20即称为棒。长宽比可通过不同的实验条件而改变，从而有着独特的电学光学性质。例如，金纳米棒的表面等离子体共振波长可以随长宽比变化，从可见(550 nm)到近红外(1550 nm)连续可调，拥有着极高的表面电场强度增强效应(高至10e7倍)，极大的光学吸收、散射截面，以及从50%到100%连续可调的光热转换效率。另外，由于金纳米棒的生物相容性好，可进行共价耦合，表面容易被探针分子功能化，使其在生物传感，基因运送，靶向药物输送等起到作用。 由于它独特的光学、光电、光热、光化学、以及分子生物学性质，金纳米棒在材料科学界正受到强烈的关注，并引发众多材料学家、生物化学家、医学家、物理学家、微电子工程师等科研工作者对之进行广泛和深入的研究。 目前金纳米棒的合成及应用研究已经发展了许多有效的方法，这些方法集中在于利用金纳米棒的光学、电化学等的各向异性诱导其定向生长以及利用模板限制其生长方向形成金纳米棒。金纳米棒的合成主要有模板法、光化学法、晶种生长法以及电化学法等。 模板法：是指是指用孔径为纳米级到微米级的多孔材料作为模板，使前驱体进入后在模板的孔壁上反应，形成所需的纳米结构。优点在于可控性好。缺点是过程复杂，产率低，产物难以控制。晶种生长法：金纳米棒合成方法中研究最长最深入的方法。其原理是向反应液加入一定量金晶种溶液，通过改变各反应物浓度，加入顺序，温度等反应条件，改变得到的金纳米棒的尺寸和产率。然而我们在反复实验过程中发现，晶种生长法的重现性比较差，在合成过程中容易产生大量的副产物。并且大部分文献对于此方法的关键影响因素未做报道。因此，通过优化金纳米棒的制备条件，探索出高纯度且重现性好的金纳米棒的制备方法具有重要的研究意义。 晶种生长法：金纳米棒合成方法中研究最长最深入的方法。其原理是向反应液加入一定量金晶种溶液，通过改变各反应物浓度，加入顺序，温度等反应条件，改变得到的金纳米棒的尺寸和产率。 然而我们在预实验过程中发现，晶种生长法的重现性比较差，在合成过程中容易产生大量的副产物。并且大部分文献对于此方法的关键影响因素未做报道。因此，通过优化金纳米棒的制备条件，探索出高纯度且重现性好的金纳米棒的制备方法具有重要的研究意义。

2. 研究的基本内容与方案

关于金纳米棒的制备方法报道很多，其中“晶种生长法”是当今应用最广泛最成熟的一种方法，文献报道该法操作简单，并且产率和纯度都很高，然而我们在预实验过程中发现，此方法的重现性比较差，在合成过程中容易产生大量的副产物。并且大部分文献对于此方法的关键影响因素未做报道。因此，通过优化金纳米棒的制备条件，探索出高纯度且重现性好的金纳米棒的制备方法具有重要的研究意义。本论文的主要内容在于对金纳米棒的合成进行优化，以期得到尺寸均一，纯度高的金纳米棒。 技术方案：先通过晶种合成法合成出金纳米棒颗粒，然后通过改变各反应物的加入量、加入顺序、体系温度、溶液pH等条件，合成出不同尺寸的金纳米棒，并通过分光光度法，显微镜检查等观察其形态，尺寸、密度和圆润程度等，同时计算出其产率，以求得到金纳米棒在达到需要的尺寸和最高产率时的反应条件。主要分为两个部分，一是金纳米棒的制备，二是实验条件的探索金纳米棒的制备过程分为三步：晶种溶液的制备：向CTAB溶液中加入三水合四氯金酸水溶液和去离子水，制得混合液。再加入冰NaBH4，剧烈振摇，水浴放置。生长溶液的配置：在室温，将CTAB和硝酸银混合，再加入四氯金酸得到生长溶液。金纳米棒的制备：将生长溶液和晶种溶液混合，保持一定温度，静置生长。实验条件的探索：根据 (Nikoobakht and El-Sayed 2003),(Sau and Murphy 2004)和(Guo,Gu et al. 2009)三篇文献的报导，从以下方面探究条件和尺寸以及产率的关系1.长宽比：根据文献，调节银离子的浓度可以使长宽比在1.5-4.5之间变化，BCAD和CTAB的使用让长宽比在4.5-10之间变化。2.表面活性剂的影响：根据表面活性剂的种类和浓度，金纳米棒会有不同的长宽比、产率，以及非棒状颗粒的产生几率。3.其他反应条件对结果的影响：晶种浓度、AA浓度和金离子浓度对纳米棒的长宽比、产率，以及非棒状颗粒的产生几率均有影响。最后的结果通过分光光度法，显微镜检查等观察其形态，尺寸、密度和圆润程度等，同时计算出其产率，以求得到金纳米棒在达到需要的尺寸和最高产率时的反应条件。

3. 研究计划与安排

第1－2周：查阅相关文献资料，明确研究内容，拟定试验方法和条件。确定方案，完成开题报告。

第3－5周：通过晶种合成法，完成金纳米棒的合成。

第6－12周：改变反应条件，完成金纳米棒尺寸和产率的优化。

4. 参考文献（12篇以上）

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