金属纳米粒子晶面控制研究进展
金纳米十面体粒子
收稿日期：2023-05-12作者简介：袁甜甜（1998-），女，在读硕士，研究方向：新型化工材料，****************；通讯联系人：李忠，男，教授，****************.cn 。
金纳米十面体粒子/氧化石墨烯复合材料的制备和表征袁甜甜，李 忠，陈祥亭，盛爱民（安徽理工大学 化工与爆破学院，安徽 淮南 232001）摘要：金纳米材料具有尺寸和形貌可控、化学性质稳定、良好的催化性能等特点，但金纳米粒子在溶液中易发生不可逆团聚，若将金纳米粒子与载体复合则可有效改善这一现象。
实验使用溶液合成法，在氧化石墨烯悬浮液中，以四氯金酸为前体，原位生成了金纳米十面体粒子/氧化石墨烯复合材料。
采用透射电子显微镜、X 射线衍射、拉曼光谱、X 射线光电子能谱对复合材料的形貌结构和表面化学性质进行表征分析。
结果表明，平均粒径为30～50 nm ，呈十面体立方结构的金纳米粒子均匀地生长在氧化石墨烯表面。
在复合材料生成的过程中，石墨烯表面的含氧官能团参与了反应，金纳米粒子与氧化石墨烯之间生成了稳定的共价键。
关键词：金纳米粒子；氧化石墨烯；溶液合成法doi ：10.3969/j.issn.1008-553X.2024.02.019中图分类号：TB383.1 文献标识码：A 文章编号：1008-553X （2024）02-0088-04安 徽 化 工ANHUI CHEMICAL INDUSTRYVol.50，No.2Apr.2024第50卷，第2期2024年4月纳米材料中的贵金属纳米材料具有良好的催化、光、电特性，在催化、光电、生物医疗等领域有良好的应用前景，国际上材料、化学、物理等领域研究人员对其产生了很大的兴趣[1-2]。
近几十年来，研究人员致力于制备不同形状的金纳米粒子，例如金纳米球[3]、金纳米多面体[4-5]、金纳米星[6]、金纳米双锥 [7]、金纳米线[8]、金纳米棒[9]、金纳米环[10]、金纳米花[11]、 金纳米片[12]等。
纳米粒子制备方法及材料调控性能
纳米粒子制备方法及材料调控性能纳米粒子是指直径在1-100纳米之间的颗粒，由于其特殊的尺寸效应和表面效应，具有许多独特的物理、化学和生物学性能，因此在许多领域都具有广阔的应用前景。
纳米粒子的制备方法和材料的调控性能是实现纳米技术应用的关键。
本文将介绍常见的纳米粒子制备方法以及材料调控性能的相关内容。
一、纳米粒子制备方法1. 化学合成法：化学合成法是最常用的纳米粒子制备方法之一。
通过控制反应条件、溶剂、催化剂等因素来合成所需尺寸和形状的纳米粒子。
常见的化学合成方法包括溶液法、沉淀法、气相法等。
其中，溶液法是最常用的方法之一，可以通过溶胶-凝胶、共沉淀等方式来制备纳米粒子，具有简单、灵活的优点。
2. 物理法：物理法是指通过物理手段制备纳米粒子的方法。
常见的物理法包括热蒸发法、气相凝聚法、溅射法等。
物理法制备的纳米粒子通常具有较高的纯度和均一性，但制备过程较为复杂，设备要求较高。
3. 生物合成法：生物合成法是利用生物体，如细菌、真菌、植物等来制备纳米粒子。
通过植物的吸收和叶绿体的光合作用，可以有效地实现对金属离子的还原和纳米粒子的形成。
生物合成法制备的纳米粒子具有环境友好、成本低廉等优点。
二、纳米材料的调控性能1. 形状调控：纳米粒子的形状对其性能具有重要影响。
通过调节合成方法、反应条件等可以控制纳米粒子的形状，如球形、棒状、片状等。
不同形状的纳米粒子具有不同的表面积和晶面结构，从而影响其光学、电学、催化等性能。
2. 尺寸调控：纳米粒子的尺寸对其性能同样具有重要影响。
尺寸的减小可以增加纳米粒子的比表面积，从而提高催化反应速率等。
通过调节合成条件和添加表面活性剂等手段，可以有效地调控纳米粒子的尺寸，从而实现对其性能的调控。
3. 表面调控：纳米粒子的表面是其与周围环境相互作用的重要界面，通过表面修饰和功能化可以调控纳米粒子的分散性、稳定性、吸附性等性能。
例如，通过聚合物包覆、功能化修饰等手段可以增加纳米粒子与基底的相容性，提高其分散性和稳定性。
高指数晶面结构铂族金属纳米催化剂
高指数晶面结构铂族金属纳米催化剂1.引言1.1 概述概述部分的内容可以从以下几个方面展开：首先，指出纳米催化剂在能源转换、环境治理、有机合成等领域的重要性和广泛应用。
纳米催化剂由于其特殊的晶格结构和较大的比表面积，能够提供更多的活性位点和更高的催化活性，因此在催化反应中展现出卓越的性能。
其次，介绍高指数晶面结构的概念和特点。
高指数晶面结构是指晶体材料的表面具有较高的晶面指数，相比于晶体内部的低指数晶面，高指数晶面结构具有更多的未饱和键和活性位点，因此展现出更高的催化活性和选择性。
然后，指出铂族金属作为重要的催化剂材料，在电化学、催化裂化、催化加氢等反应中具有重要作用。
然而，传统的铂族金属催化剂存在着经济成本高、资源稀缺和催化稳定性低等问题，因此研发高效、低成本、可持续的铂族金属催化剂成为了重要的研究热点。
最后，介绍本文的研究目的和文章结构。
本文旨在综述高指数晶面结构铂族金属纳米催化剂的合成方法、表征技术以及其在催化领域中的应用。
文章结构主要包括引言部分、正文部分和结论部分。
引言部分将概述本文的研究背景和意义，正文部分将详细介绍高指数晶面结构的定义和特点，以及铂族金属纳米催化剂的合成方法。
结论部分将总结高指数晶面结构铂族金属纳米催化剂的优势，并展望可能的进一步研究方向，同时探讨对未来催化剂设计的启示。
1.2 文章结构文章结构部分的内容如下：文章结构本文将按照以下结构进行组织和展开：引言、正文和结论。
引言部分将首先对高指数晶面结构铂族金属纳米催化剂的概念和特点进行概述，介绍该领域的研究现状和重要性。
然后，给出本文的目的，明确本文的研究目标和意义。
正文部分将以三个重点进行论述。
首先，我们将详细介绍高指数晶面结构的定义和特点，包括其在表面催化方面的重要性和优势。
其次，我们将探讨铂族金属纳米催化剂在不同领域中的应用，包括能源转换、环境保护和有机合成等方面的应用。
最后，我们将着重介绍高指数晶面结构铂族金属纳米催化剂的合成方法，包括物理化学方法、化学合成方法和生物合成方法等。
金属纳米粒子的催化作用
金属纳米粒子的催化作用金属纳米粒子是一种具有特殊性质和潜在应用价值的材料，其催化作用引起了广泛的关注和研究。
本文将从金属纳米粒子的定义、制备方法、催化机理以及应用领域等方面阐述金属纳米粒子的催化作用。
一、金属纳米粒子的定义和制备方法金属纳米粒子是指直径范围在1到100纳米之间的金属粒子。
由于其尺寸效应和表面效应的存在，金属纳米粒子具有与其宏观物质不同的特殊性质，如高比表面积、量子尺寸效应和表面等离子共振等。
制备金属纳米粒子的方法多种多样，常见的方法包括物理法和化学法。
物理法包括溅射法、球磨法和激光蒸发法等，而化学法则是应用广泛的方法，包括还原法、凝胶法和微乳液法等。
二、金属纳米粒子的催化机理金属纳米粒子的催化作用主要源于其特殊的表面性质。
金属纳米粒子具有丰富的表面活性位点和高比表面积，这使得金属纳米粒子能够提供更多的反应活性中心，并提高反应物与催化剂之间的接触效率。
此外，金属纳米粒子还具有量子尺寸效应和电子结构调控效应，这些效应可以调控金属纳米粒子的催化性能。
金属纳米粒子的催化机理可以分为两种类型：金属纳米粒子表面催化和金属纳米粒子内部催化。
对于金属纳米粒子表面催化，反应物吸附在金属纳米粒子表面的活性位点上，通过吸附态的反应物与金属纳米粒子之间的相互作用，发生催化反应。
而金属纳米粒子内部催化是指反应物在金属纳米粒子内部发生反应，通过金属纳米粒子内的空间限制和电子结构调控，加速反应进程。
三、金属纳米粒子的催化应用金属纳米粒子的催化应用十分广泛，包括催化剂、催化剂载体、催化剂修饰剂和催化反应中间体等。
催化剂是金属纳米粒子最主要的应用之一，金属纳米粒子可以作为催化剂用于有机合成、环境治理、能源转化和化学传感等领域。
此外，金属纳米粒子作为催化剂载体，能够提高催化剂的分散性和稳定性，增强催化剂的催化活性和选择性。
金属纳米粒子还可以作为催化剂修饰剂，通过调控金属纳米粒子的形貌、尺寸和表面结构，改善催化剂的性能。
金属纳米粒子的制备和表面修饰
金属纳米粒子的制备和表面修饰金属纳米粒子（Metal Nanoparticles）在当今的材料科学和纳米科技领域中发挥着重要的作用。
其广泛应用于催化、能源转换、传感、生物医学和信息存储等诸多领域。
然而，由于金属纳米粒子具有的高热稳定性和高活性表面，其制备和表面修饰一直是制约其应用的瓶颈问题。
随着科学技术的不断发展，越来越多的方法被用来制备金属纳米粒子，并对其表面进行修饰，从而拓宽了其在各个领域的应用。
一、制备金属纳米粒子的方法1. 化学还原法化学还原法是一种通过还原剂还原金属离子生成金属纳米粒子的方法。
该方法较为简单且易于操作，适用于大规模生产。
例如，将银离子与还原剂还原反应即可制备出纳米银粒子（Ag NPs），并且将还原后的纳米银粒子进行表面修饰，可用于制备抗菌材料。
2. 水相热合成法水相热合成法是通过热合成反应制备金属纳米粒子的方法。
其优点在于反应环境比较温和，不需要有机溶剂，得到的金属纳米粒子比较纯净。
例如，在水相中用高温链霉菌色素B作还原剂，可制备较小、高质量的金纳米粒子（Au NPs）。
3. 模板法模板法是通过在孔道、介孔或纤维上加沉积金属原子或离子，然后通过加热或化学还原成纳米颗粒的方法。
该方法可制备形貌和尺寸均一的金属纳米粒子。
例如，氧化铁纳米颗粒可以被用作硝酸银的模板来制备银纳米粒子，并用真空热蒸发沉积的方法得到球形金纳米粒子。
二、金属纳米粒子的表面修饰由于金属纳米粒子表面的高度活性，其表面修饰不仅能够提高其药物载体的稳定性和生物相容性，还能改善其化学和物理特性，为其应用于生物医学和环境治理等领域提供基础。
金属纳米粒子的表面修饰包括化学修饰、物理修饰和生物修饰等方法。
1. 化学修饰化学修饰是通过化学反应的方法，在纳米粒子表面引入化学官能团、胶束或聚合物等，可以改变纳米粒子的生物相容性、分散性和稳定性。
例如，表面修饰成羟基磷灰石，可用作骨质再生的植入材料。
2. 物理修饰物理修饰是通过改变金属纳米粒子的形貌和大小等表面特征，改变其表面性质。
纳米颗粒尺寸控制方法总结
纳米颗粒尺寸控制方法总结纳米颗粒是一种具有特殊物理、化学和生物特性的材料，在众多领域中都有广泛的应用。
为了充分发挥纳米材料的特性，尺寸控制是至关重要的。
本文将总结几种常用的纳米颗粒尺寸控制方法，包括物理方法、化学方法和生物方法。
1. 物理方法1.1. 溶剂蒸发法（Solvent Evaporation）溶剂蒸发法是最常用的纳米颗粒尺寸控制方法之一。
该方法通过控制溶剂的蒸发速率来控制颗粒的尺寸。
首先，在溶液中溶解所需材料，然后将溶液滴在表面上，并使其蒸发。
当溶剂逐渐蒸发时，颗粒会逐渐形成并沉积在基底上。
通过调整溶剂的挥发速率，可以控制颗粒的尺寸。
1.2. 焙烧法（Annealing）焙烧法是一种常用的尺寸控制方法，尤其针对金属纳米颗粒。
通过加热纳米颗粒，可以使其发生熔化和重结晶，从而改变其尺寸。
通过调整焙烧的温度、时间和气氛，可以控制纳米颗粒的生长和形貌。
1.3. 微乳液法（Microemulsion）微乳液法是一种常用的尺寸控制方法，在制备纳米颗粒方面具有优势。
微乳液是一种由胶束组成的稳定的乳状液体，其中纳米颗粒可以在胶束中形成并控制其尺寸。
通过调整微乳液的成分和比例，可以控制纳米颗粒的尺寸和形状。
2. 化学方法2.1. 水热合成法（Hydrothermal Synthesis）水热合成法是一种常用的纳米颗粒尺寸控制方法，尤其用于金属氧化物和碳材料的制备。
该方法利用高温高压下的反应条件，在水溶液中形成纳米颗粒。
通过调整反应温度、时间和溶液成分，可以控制纳米颗粒的尺寸和形貌。
2.2. 氧化还原法（Reduction-Oxidation）氧化还原法是一种常用的纳米颗粒尺寸控制方法，特别适用于金属纳米颗粒的合成。
该方法通过在溶液中添加还原剂和氧化剂，使金属离子在还原剂的作用下还原成金属纳米颗粒。
通过调整还原剂的浓度和反应条件，可以控制纳米颗粒的尺寸。
2.3. 溶胶-凝胶法（Sol-Gel）溶胶-凝胶法是一种常用的纳米颗粒合成方法，特别适用于无机纳米材料的制备。
表面修饰对金纳米粒子表面等离子激元共振现象的影响
表面修饰对金纳米粒子表面等离子激元共振现象的影响近年来, 金纳米粒子作为具有特殊表面等离子激元共振(SPR)效应的材料, 在化学、光学、电子等领域得到广泛应用。
然而, 纳米材料表面容易受到周围环境干扰和污染, 表面的修饰也会对其SPR效应产生一定的影响。
一、SPR现象及其在金纳米粒子中的应用SPR效应是一种在金属表面上发生的特殊电子共振现象, 在特定波长下会引起光的衰减和反射。
在纳米金颗粒上, 等离子激元共振(SPR)现象产生的位置和强度取决于金纳米颗粒的大小、形状、材料以及环境等因素。
SPR效应在光学传感、太阳能电池、热成像和生物成像等领域有着广泛的应用。
二、纳米材料表面修饰的现状在应用中，金纳米颗粒表面往往需要进行修饰，以增强其稳定性、增大其表面积、改善其光催化性能、增强其生物相容性等。
修饰方法包括化学修饰、物理修饰、生物修饰等多种方法，如化学还原、方法，溶剂热法等。
表面修饰可以使金纳米颗粒表面引入不同的官能团，改变其功函数，影响其SPR效应。
因此, 表面修饰对金纳米粒子的SPR效应具有重要的影响。
三、表面修饰对金纳米粒子SPR效应的影响(一)功能化修饰对SPR效应的影响功能化修饰可以使金纳米颗粒表面具有不同的化学活性团，如硫基、羧基、胺基、磷基、甲酸基等。
不同功能团的引入可以通过吸附作用调节表面电荷密度，并改变其SPR响应。
研究表明, 当硫基与金表面形成S-Au键后, 使金纳米粒子产生较重的SPR吸收峰并且其位置发生红移。
(二)材料对SPR效应的影响金以外的其他材料（如CdS、Au/Ag、TiO2）往往作为金纳米颗粒的包膜或掺杂体系，形成复合体系，可以调节金纳米颗粒的大小、形状以及电子传输性质，改变SPR效应。
研究发现, 添加CdS纳米微棒可以使金颗粒的SPR峰红移，说明CdS的引入调控了其SPR效应。
(三)形态与晶面对SPR效应的影响金纳米颗粒的形态、晶面和粒径等因素对其SPR效应产生显著影响。
ZIF-8纳米颗粒的制备及应用研究
ZIF-8纳⽶颗粒的制备及应⽤研究1 引⾔⾦属有机框架材料(Metal-Organic Frameworks, MOFS)是由⾦属离⼦或⾦属簇与多齿有机配体⾃组装形成的多孔、结晶材料。
这种⽆机-有机杂化材料兼具⽆机材料和有机材料的优异性能,不仅具有⾼的⽐表⾯积、可调的尺⼨和孔隙率,⽽且载药率⾼、表⾯易修饰,因此被⼴泛应⽤于催化、⽓体捕获、传感器、药物递送等领域。
沸⽯咪唑酯⾻架材料(ZIF-8)是由锌离⼦(Zn2+)与2-甲基咪唑(2-MiM)配位⽽成的⼀类⾦属-有机框架,表现出良好的⽣物相容性和酸性环境敏感性,在⽣理条件下保持稳定⽽在酸性条件下解体,是药物运输和缓释的理想载体。
最近,ZIF-8及其复合材料在⽣物成像、药物缓释、⽣物⼤分⼦的保护,以及光热治疗和光动⼒治疗中的应⽤受到⽇益⼴泛的关注。
事实上,纳⽶材料的尺⼨对其性能⾄关重要,微⼩的尺⼨变化即可对材料的性能产⽣决定性的影响。
因⽽ZIF-8纳⽶颗粒的性能调控研究对其应⽤具有重要价值,相关研究也成为研究者们关注的热点。
ZIF-8的粒径等性能对于相应的⽣物医学应⽤⾮常关键,⽽如何实现ZIF-8功能性的精准调控将是实现其⽣物医学应⽤的重要挑战,基于此,本⽂将介绍ZIF-8的形成过程和机理,在此基础上详述了ZIF-8的粒径调控⽅法以及ZIF-8及其复合材料在⽣物⼤分⼦输运、肿瘤治疗中的应⽤,为ZIF-8的制备、粒径调控和⽣物应⽤研究提供借鉴与参考。
2 ZIF-8纳⽶颗粒的制备ZIF-8纳⽶颗粒是由锌离⼦与2-甲基咪唑配位形成的多孔结晶材料,其合成⽅法有三种:溶剂热合成法、微波辅助法和微流控法。
⽬前,溶剂热法是合成ZIF-8应⽤最⼴的⽅法,该⽅法操作便捷,但是反应时间长、耗能⾼,且易造成溶剂浪费。
与经典的溶剂热法相⽐,在微波辅助法合成中,微波辐射提供的能量直接与反应物相互作⽤,从⽽进⾏更为⾼效的合成。
微流控技术通过电⼦芯⽚精准控制微尺度流体,可精确控制反应过程中的流速、投料⽐、温度等参数,使得反应过程中的传热和传质易于控制。