金属纳米线的合成与组装

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1、第３２卷分析化学（ＦＥＮＸＩＨＵＡＸＵＥ）评述与进展第９期PS22PDF(TrialVersion)２００４年９月ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｎａｌｙｔｉｃａｌＣｈｅｍｉｓｔｒｙ１２４０～１２４５评述WWW.CCYT.NET与进展金属纳米线的合成与组装＊胡晓歌王铁程文龙汪尔康董绍俊（中国科学院长春应用化学研究所电分析化学国家重点实验室，长春１３００２２）摘要金属纳米线以它独特的光学和电学性质以及在纳米级电子线路中的应用潜力，受到人们越来越多的关注。本文介绍了金属纳米线的合成方法及其二维有序组装体系研究的最新进展，展望了纳米材料未来的研究方向和发

2、展趋势。关键词金属纳米线，二维组装体系，长径比，评述１引言纳米材料是指在三维空间中至少有一维处在纳米尺度范围（１～１００ｎｍ）或由它们作为基本单元构成的材料。基本单元包括零维的纳米粒子、一维的纳米线及二维的纳米薄膜。纳米结构由于它具有纳米微粒的特性，如量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等特点，又存在由纳米结构组合引起的新的效应，如量子耦合效应和协同效应等，从而表现出独特的电子学、光学和催化性质，使它们成为表面纳米工程和构建功能化纳米结构的理想材料。纳米粒子的性质与粒子的形状也有很强的依［１～１１］赖关系。一维纳米线由于形状上的各向异

3、性，带来了更加复杂的物理性质和自组装行为，引起了人们广泛的关注。如果它们能被有序地、合理地组装成二维结构，将有利于研究尺寸和形状对它们的光学、磁性和电子特征的影响，并在制造实用的新型量子器件方面有广阔的应用前景。２金属纳米线的合成方法金属纳米结构的性质与其尺寸和形状有很大关系。因此，发展简便的、形状和尺寸可控的、合成方法尤其重要。制备金属纳米线的合成方法主要有以下几种。２．１硬模板法［１２］［１３，１４］人们所使用的纳米孔薄膜大致有两类，即“径迹蚀刻”聚合物薄膜和多孔Ａｌ２Ｏ３薄膜。ＡｌＯ薄膜通过金属Ａｌ在酸性溶液中阳极化制得，这类薄膜具有许多六角阵

4、列方式排布的、孔径均匀２３一致的圆柱形孔。“径迹蚀刻”聚合物薄膜是用核裂变碎片轰击预定材料的无孔膜片，并在材料上产生损伤痕迹，然后通过化学蚀刻使这些径迹变为孔。这些薄膜多是由聚碳酸酯制得。此外，可作为硬模板［１５，１６］［１７］［１８］的还有碳纳米管，以及纳米孔道阵列玻璃，大孔径的新型介孔沸石等。Ｍａｒｔｉｎ小组扩展了模［１９～２２］［２３～２５］板合成法，并用这种技术制备出了一系列微米和纳米材料，包括由导电聚合物，金属、半导［２６，２７］［２８］体、碳以及其它材料构成的纳米管和纳米纤维。由于这些薄膜的小孔孔径均匀一致，因而可以获得类似的单分散纳米结

5、构，并且可以方便地同模板薄膜分离和收集使用。模板合成纳米结构中所涉及的化学过程或方法有电化学沉积、无电沉积、化学聚合反应、溶胶-凝胶沉积（主要用于无机半导体材［２９］料）和化学气相沉积。Ｍａｒｔｉｎ等还在模板合成方法的基础上，制备出金纳米盘式电极系统。这种直径只有１０ｎｍ的盘式电极系统的出现使得在高电阻媒介质中进行电化学研究和材料制备成为可能，为氧化还原过程动力学机制的研究提供了新的、强有力的手段。另外，在聚碳酸酯薄膜上无电沉积Ａｕ到模板薄膜孔壁上，控制沉积时间，就可以在每个孔内形成不同内径的Ａｕ纳米管，可作为分子筛，具有离２００３-１２-２３收稿；

6、２００４-０４-２７接受本文系国家自然科学基金资助项目（Ｎｏ．０２０７５０３７，Ｎｏ．２９９７５０２８）PS22PDF(TrialVersion)第９期胡晓歌等：金属纳米线的合成与组装１２４１［３０］［３１］［３２］子选择运输功能。Ｍａｌｌｏｕｋ和Ｎａｔａｎ等用氧化铝模板制备了双金属或多金属的条纹状纳米棒，利用它们WWW.CCYT.NET不同的表面化学，选择性的修饰一些具有荧光性质的功能团，形成纳米条形码，用于生物分析［３２］和化学分析。虽然硬模板可以很好地控制纳米线的尺寸和均一性，但仍存在一些缺点，如每次制备的纳米线数量有限，模板分离过程中有可能损

7、伤纳米线；另外，硬模板法得到的纳米线多是多晶结构。２．２软模板法［３４，３５］［３３］当表面活性剂溶液的浓度达到一定值后，可以形成棒状胶束作为引导金属纳米线合成的软［３３］模板。Ｐｉｌｅｎｉ等在反相胶束２-乙基己基磺基丁二酸铜即Ｃｕ（ＡＯＴ）２的异辛烷溶液中，用ＮａＢＨ４做还［３５］原剂，合成出金属铜纳米棒。Ｘｉａ等在表面活性剂聚乙烯基吡咯烷酮（ＰＶＰ）存在条件下，以Ｐｔ纳米粒子为种子，用乙烯基乙二醇还原ＡｇＮＯ溶液，得到长径比最高为１０００的Ａｇ纳米线。另外，以表面活３［３４］［３６］性剂十六烷基三甲基溴化铵（ＣＴＡＢ）形成的棒状胶束也广泛用于引导

8、纳米线的合成。Ｂｒａｕｎ等用ＤＮＡ做模板，在两个金电极之间合成了直径达１００ｎｍ，长度达１２μｍ的金属Ａｇ纳