多功能金属纳米材料之制作与特性研究

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1、多功能金属纳米材料之制作与特性研究第一章绪论纳米科学作为近十几年新兴的一门学科，得到了迅速的发展。纳米材料是一种由基本颗粒组成的粉状或团块状天然或人工材料，这一基本颗粒一个或多个三维尺寸在1nm至100nm之间，并且这一基本颗粒的总数量在整个材料的所有颗粒总数中占50%以上。纳米材料特有的小尺寸效应、量子效应、表面效应以及宏观量子隧道效应导致其具有不同于原子、分子和本体材料的新奇特性，如：光学性质、磁性质以及化学性质，这些特性使其在光电传感器、催化、生命科学、生物技术以及信心科学等领域展示了广阔的应用前景。因此，纳米材料的研究已经成

2、为当今极其活跃的多学科交叉的前沿领域，在基础科学和实际应用中都引起了人们很大兴趣和广泛关注。1.1荧光纳米材料的分类荧光纳米材料是一种特殊的功能纳米材料，是指一种能够吸收能量，然后把这种能量转换成另外一种能量以光的形式释放出来的材料，释放出来的光可以在紫外区、可见光区、近红外区以及红外区[1-3]。荧光纳米材料作为探针可以在化学传感、光学材料及生物检测和识别等领域得到了广泛的应用，并成为实现上述功能的一种主要的技术手段[4-5]。目前，荧光纳米材料的研究已经得到充分发展，，根据不同的分类方法可以分为不同的类别：按照激发光和发射光的关

3、系可以分为下转换和上转换两大类；根据纳米材料的组成可以分为半导体量子点和碳量子点、金属纳米簇、金属掺杂纳米材料以及有机无机杂化材料[6]；按照开展研究的时间的先后这里我们把荧光纳米材料分成传统荧光纳米材料和新型纳米材料[7]。1.1.1传统荧光纳米材料Ⅰ荧光蛋白1962年，人们首次从水母体内提取出了能够发出绿色荧光的天然蛋白酶[8].自此以后，荧光蛋白作为一种重要的荧光材料引起了科学家的广泛兴趣。这种绿色荧光蛋白的结构如图1.2所示.绿色荧光蛋白分子的三维网络结构依靠238个氨基酸连段，它的桶装结构高度是4.2nm，直径为2.4nm

4、，分子量达28kDa[9].蛋白的荧光来自于其分子内的自身发色团4-(对-羟基亚苄基)-5-咪唑啉酮[10]。荧光蛋白是一种优越的荧光纳米材料，具有高的荧光效率、长的荧光寿命以及可调的荧光发射[11]。例如已有报道的荧光蛋白的荧光效率可高达79%，其寿命可以高达3ns[12]。固有的优越荧光性质以及生物相容性，说明荧光蛋白在基因表达、编码以及成像具有潜在的巨大应用[13]。但是低波长发射又限制了绿色蛋白的实际应用。最近，红色荧光蛋白因其在生物领域高的光穿透深度和自发荧光小等优点引起了人们的广泛兴趣[14]。目前，有很多资源例如Bio

5、vision,CliniSciences,BiocatandEvrogenandRogerTsiens增加到5nm，制备的InP量子点的荧光从蓝色可见光区红移到近红外区；而且该研究小组同时报道了过渡金属Cu掺杂会影响纳米晶光谱的红移。当然了，许多量子点比如ZnSe，CdTe都能表现出这样的性质，而且这种荧光的移动仅仅是纳米晶尺寸的变化，纳米晶的结构没发生任何改变[20,21]。第二章弱胺还原法制备金属荧光纳米簇材料2.1.引言在过去几十年，金属纳米粒子具有紫外到近红外的表面plasmon共振，可以在光催化，热疗和生物成像等方面应用[

6、1-3]。但是本体的金属纳米粒子不具备荧光功能，限制了它们的应用范围[4]。如果纳米粒子的尺寸降低到接近于电子的费米能级，新颖的光，电和磁性将会出现[5]。这类超小纳米材料尺寸介于原子和纳米粒子之间，具有与分子相似的分裂能级，能够显示优越的光学性质，尤其强的荧光性质[6]。人们把这类纳米材料统称为纳米簇[7]。这种荧光纳米簇可以在单电子光学设备、生物标签、化学识别和催化等方面有潜在应用[8-11]。类似于半导体量子点，荧光纳米簇材料显示了从可见光到近红外可调的荧光性质，而且这类荧光材料具有荧光效率高，稳定性强和容易制备的特点[12]

7、。近年来，荧光金，银，铂和铜纳米簇有很多报道，其中Ag纳米簇在水中具有很强的荧光性质[13]。根据先前的报道，Ag纳米簇在冰冻溶液和分子筛骨架中可制备出来，但是这些极端条件限制了Ag纳米簇的应用[14]，而在温和条件下，制备水相稳定的荧光Ag纳米簇是非常困难的。最近，DNA，寡聚核糖核苷酸，酶，聚合物，大分子凝胶作为模板剂，采用射线还原，微乳液方法，光还原以及化学还原等方法应用于制备水相Ag纳米簇[15]。可是这些大分子模板导致形成的纳米簇具有大的水合半径，限制了纳米簇的应用。因此，通过简单实用的方法，采用小分子，尤其生物小分子作为

8、模板剂，制备水溶，稳定，强荧光的Ag纳米簇是目前纳米簇制备领域的一个挑战。第三章一步水相法制备巯基小分子稳定的Ag2S纳米簇........693.1引言.....693.2实验部分.........703.2.1实验原料......