关键词： g-C3N4   Ag纳米颗粒   LSPR效应   H2O2合成   光催化H2O2燃料电池  

摘要： 太阳能发电是解决能源危机和环境污染问题的有效途径。利用光催化剂将HO氧化合成HO作为燃料构建电池。相较于O还原合成HO,前者具有经济和原料来源广的优势。利用光催化剂作为电极材料构建一种自供应HO燃料电池,在太阳光存在的情况下可以储存化学能,并在黑暗条件下将化学能转化为电能。合成HO的阳极光催化剂被认为是决定电池性能的关键因素之一,其中石墨相氮化碳(g-CN)因其带隙适中,稳定性高且成本较低受到研究人员的关注。通过贵金属表面等离子体效应(LSPR)可以增强g-CN对光子能量的吸收,降低电子与空穴复合率等。本论文设计并制备了两种负载Ag纳米颗粒的g-CN复合光催化剂,并将其应用于光催化HO燃料电池的电极材料。具体研究结果如下:(1)采用三聚氰胺和氨水为原料,经过高温热聚合制备了一种具有比表面积略大的多孔g-CN(pg-CN),通过原位还原法在pg-CN上负载银纳米立方体(Ag NCs)得到Ag/pg-CN复合光催化剂,并将其应用于光催化HO燃料电池。采用5%-Ag/pg-CN-4滴涂的镍网和g-CN混合酞菁铁(FePc)滴涂的碳纸分别作为阳极和阴极构建光催化HO燃料电池。在AM 1.5G太阳光照射下,在0.1 M HCl溶液中测得的最大功率密度为0.744 m W cm,约为原始的g-CN基电池的3.1倍,该电池的太阳能转换效率(SECE)为0.416%。在照射2 h后光催化生成的HO可以储存在水中,并在黑暗中通过将两电极连接作为燃料使用,产生的比电容为4780 m F?cm。5%-Ag/pg-CN-4复合材料作为光催化HO燃料电池的阳极材料表现出优异的光电转化和储能能力。(2)通过高温热缩聚法以三聚氰胺和间苯二胺(MPD)为原料共聚得到引入石墨碳单元的g-CN(CCN),采用还原法合成了一种负载银纳米粒子(Ag NPs)的Ag/CCN复合光催化剂。结合石墨碳单元的引入和LSPR效应,使5%-Ag/CCN具有窄带隙、光吸收范围广、电子空穴复合率低等优势。5%-Ag/CCN HO燃料电池的最大功率密度为1.195m W?cm,约为g-CN电池的2.4倍,SECE为0.886%。在照射2 h后产生的比电容可达6860 m F?cm。本工作制备出高性能5%-Ag/CCN材料,并在光催化HO燃料电池领域表现出优异的光储存能力。

关键词： 亚硝酸盐   等离激元纳米颗粒   脱氨反应   纳米传感器   检测应用  

摘要： 氮不仅是生物生命体中主要营养成分,也是植物中叶绿素的重要组成部分。我国的化肥年产量一千万吨,约占全球的35%,除了部分氮肥被植物吸收以外,其余化肥的“径流”成为了亚硝酸盐危害的重要根源。此外,由于城镇化和工业化的快速发展,生活垃圾和工业废水的大量排放也导致了亚硝酸盐和硝酸盐广泛存在于土壤和地下水中,是土壤硝酸盐累积以及海洋水体富营养化的主要原因之一。与此同时,饮水和食品中的亚硝酸盐对人体生命健康存在潜在危害,过量服用亚硝酸盐会引起高铁血红蛋白血症。因此,亚硝酸盐含量的测定对人们的生命安全具有重要意义。分光光度法是目前测定亚硝酸盐应用最广泛的方法之一,大多数分光光度法检测亚硝酸盐是基于亚硝酸盐与其他化学试剂发生重氮化反应进行的,然而由于有机染料的消光系数较低,致使该类方法的灵敏度相对较低。引入具有较高消光系数的等离激元纳米颗粒（PNPs）,制备出具有独特功能的等离激元纳米传感器是解决该类问题的关键。由于PNPs具有独特的化学和光学性质,使得等离激元纳米传感器能够简单、高效、低成本且灵敏地应用于各种小分子检测。基于此理论背景,本课题设计了一种基于4-氨基硫代酚（4-ATP）调控的金纳米球（Au NSs）生长银（Ag）壳层的分光光度法用于检测亚硝酸盐的方案,计划通过消光光谱图实时监测Ag壳层的生长过程,预研究Au NSs上暴露的4-ATP与亚硝酸盐的脱氨反应对Ag壳层的生长速率的影响,并进一步探索4-ATP浓度、乙醇的体积分数、反应体系中的p H值以及Au NPs中Au原子浓度（[Au0]）对4-ATP调控Au@Ag NPs生长过程的影响。实验采用控制变量法逐一研究影响NPs生长因素,并以20%乙醇,p H=3,[Au0]=0.05 m M的实验条件为标准检测条件。通过对比Ag壳层在Au NSs上的外延生长速率,研究4-ATP在生长依赖检测过程中对亚硝酸盐的检测范围、响应灵敏度和选择的灵活性。由于此方法能够灵敏（检测限LOD=36 n M）且能在0～60μM范围内检测饮用水中亚硝酸盐的含量,因此,以国内饮用水作为样品模型对该方法检测饮用水水中亚硝酸盐含量进行可行性验证。本研究思路及方法具有推广性,该方法中NPs具有的优异光学响应、Ag壳层生长鲜明的加减速对比、传感配体可定制的基本设置,均为高性能检测方法提供了通用的设计方案。

关键词： 硫化银   硒化银   硫化铟银   纳米颗粒   带边发光  

摘要： 半导体纳米材料由于其独特的结构特征、较大的比表面积、良好的导电性,优异的机械性能和光电性能而受到人们的极大关注。在当今注重绿色、健康、环保、安全的趋势下,开发新型半导体纳米材料功能器件是解决当前各类能源和环境等问题的重要手段之一。本研究着眼于当前性能优越的银基I-III-VI半导体纳米材料,分别制备硫化银和硒化银纳米颗粒,并以硫化银和硒化银纳米颗粒为反应原料,制备出结构可控的Ag In S2纳米颗粒,探究了相关生长动力学和机理,并研究了它们的性能特点。该研究将为合成具有可控结构的IB-IIIA-VIA2纳米材料提供一个简便的方案,并有利于各种新型高效率单色发光器件的开发。本篇论文的主要研究内容和结果如下: （1）先合成Ag2S纳米颗粒,通过预先合成的Ag2S纳米颗粒与过量的[（C4H9）2NCS2]3In前驱体在十二硫醇中反应,合成了发光的Ag In S2@In2S3核壳纳米颗粒。提出了正交Ag In S2（o-Ag In S2）成分的协同形成机制:即在Ag2S纳米颗粒中的部分Ag+被In3+阳离子交换生成Ag In S2纳米颗粒;以及[（C4H9）2NCS2]3In会直接与Ag2S纳米颗粒化合生成Ag In S2。按照协同形成机制,当[（C4H9）2NCS2]3In前驱体过量时,Ag2S纳米粒子首先演变成Ag2-3δInδS/o-Ag In S2异质颗粒,此时o-Ag In S2没有带边发光性能,然后转化为o-Ag In S2纳米颗粒,最后转化为o-Ag In S2@In2S3核壳纳米颗粒,此时o-Ag In S2具有带边发光。最后带边发光的出现是由于In2S3壳层可消除o-Ag In S2的表面缺陷。 （2）先合成Ag2Se纳米颗粒,通过预先合成的Ag2Se纳米颗粒与一定量的[（C4H9）2NCS2]3In前驱体在油胺和十二烷中反应,最终合成了发光的o-Ag In S2纳米颗粒。[（C4H9）2NCS2]3In前驱体会与Ag2Se纳米颗粒反应,且随着[（C4H9）2NCS2]3In量增多,依次生成Ag In S2-Ag2Se、Ag In S2纳米颗粒;且反应过程中依旧存在离子交换过程,即Ag2Se纳米颗粒的部分Ag+被In3+阳离子交换而释放至溶液中,进而与[（C4H9）2NCS2]3In反应生成小颗粒的Ag In S2,Ag2Se纳米颗粒的Se2-最终可能转变为有机硒分子。产物Ag In S2纳米颗粒具有较好的带边发光特性。

关键词： Zr(Co)-Ag合金薄膜   退火   Ag纳米颗粒(Ag NPs)   抗菌性能   SERS性能  

摘要： 银纳米颗粒（Ag nanoparticles,Ag NPs）因具有显著的局域表面等离子体共振效应和优异的抗菌性能成为制备表面增强拉曼散射（Surface-enhanced Raman scattering,SERS）基底与医用器件抗菌表面的理想材料。如何使Ag NPs均匀分散并固定在基体或者医用器件表面是确保获得优异SERS性能及抗菌性能的关键。论文采用磁控溅射方法在多种基体上制备了Zr-Ag及Ag-Co-Zr合金薄膜并对其进行退火处理,系统性研究了薄膜厚度、元素含量、退火温度和保温时间对合金膜微观结构与性能的影响。采用体外抗菌实验表征了薄膜的抗菌性能,分析了Ag NPs/Zr-Ag合金膜的抗菌机制。以罗丹明（Rhodamine 6G,R6G）为探针分子表征了Ag-Co-Zr合金膜的SERS性能,结合时域有限差分法（Finite difference time domain,FDTD）分析了合金膜SERS基底的增强机理。主要内容如下: 1.采用磁控溅射技术在柔性聚酰亚胺（Polyimide,PI）基体上制备了Ag含量在24.5-87.4 wt%范围的Zr-Ag合金膜,发现沉积态薄膜表面自形成了大量Ag NPs,颗粒数量与形态具有膜厚依赖性。退火处理对薄膜表面自形成Ag NPs的数量与尺寸有重要影响。随着退火温度从160℃升高到360℃,自形成Ag NPs的数量逐渐增加,平均尺寸略微减小。360℃退火后薄膜表面自形成Ag NPs的形态呈现出Ag含量敏感性,随Ag含量增加,Ag NPs数量先增加后减少,当Ag含量为41.0 wt%时,薄膜表面自形成Ag NPs数量最多。随保温时间增加,较厚Zr-Ag薄膜表面自形成颗粒数量及尺寸变化更加明显。 2.以大肠杆菌（Escherichia coli,***）和金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus,***）为实验菌株进行体外抗菌实验,结果表明Ag NPs/Zr-41.0 wt%Ag薄膜的抑菌率在99.98%以上,表现出比纯Ag膜更好的抗菌活性,这归因于Ag NPs/Zr-Ag薄膜比纯Ag膜更活跃的Ag释放行为以及膜表面Ag NPs对细菌的机械拉伸作用。 3.与Zr-Ag薄膜相似,沉积态Ag-Co-Zr薄膜表面也能自形成细小的Ag NPs。Ag NPs形态具有退火温度依赖性,随退火温度升高,片状Ag NPs逐渐减少,当退火温度升高到360℃时,薄膜表面自形成Ag颗粒形态基本呈多面体状。随着Ag-Co-Zr合金膜厚度从27 nm增加到44 nm,退火后薄膜表面自形成Ag NPs数量逐渐减少,尺寸逐渐增加,其中27 nm厚的薄膜表面Ag NPs分布最均匀。 4.以R6G为探针分子表征了Ag层/Ag NPs/Ag-Co-Zr合金膜的SERS性能。Ag层/Ag NPs/Ag-27.9 at%Co-8.9 at%Zr复合结构SERS基底可以检测到浓度为5×10 M的R6G拉曼特征光谱,展现出优异的检测灵敏度和良好的可重复性。FDTD模拟发现多面体和片状Ag NPs的棱角及颗粒间的小间隙会产生大量活性热点,同时合金膜中的Co元素和Ag NPs之间耦合作用能显著增强局域电磁场,进而增强了SERS性能。

关键词： InAs/GaAs量子点   自发辐射速率   Ag纳米颗粒   长寿命激子   静水压力  

摘要： 将InAs/GaAs量子点薄膜样品转移到Ag纳米颗粒覆盖的Si衬底上,然后将样品放到金刚石对顶砧压力腔室内.在1.09—1.98 GPa的压力范围内,测量了量子点激子的荧光光谱和时间分辨光谱.实验结果显示,随着静水压力的增大,激子的发光波长蓝移,激子的发光寿命从(41±3)×10 ns延长到(120±4)×10 ns,再减短到(7.6±0.2)ns,在激子发光波长为797.49nm时,寿命达到最长的(120±4)×10 ns.相比没有Ag纳米颗粒影响的InAs/GaAs量子点中的激子寿命约1ns,激子的寿命延长了约1200倍.其物理机制为量子点浸润层中激子的辐射场和Ag纳米颗粒的散射场之间发生相消干涉,抑制了浸润层中激子的自发辐射,这些长寿命的浸润层激子将扩散到量子点中,并辐射复合发光,从而观察到量子点激子的长寿命衰变曲线.这一实验结果与基于在散射场下的偶极子辐射模型计算结果一致.

关键词： Ag-Pt alloy   photo-assisted deposition   Si photocathode   water splitting   overpotential reduction  

摘要： Developing new catalysts to decorate photoelectrodes has been widely used to enhance the performance of photoelectrochemical(PEC)***,the high cost,complex synthesis,and poor stability of catalyst decoration strongly hinder its practical ***,we report a facile and low-cost decoration of Ag-Pt nanoparticles(Ag-Pt NPs)on Si photocathodes with TiO_(2)/Ti sacrificial *** a decoration does not rely on any metallic-ion precursor solution since it is formed automatically via galvanic replacement reactions during PEC measurements;that is,Ti is displaced by Ag^(+)and Pt^(2+)ions,which are from the employed reference and counter electrodes,*** as-decorated Ag-Pt NPs are verified to significantly enhance the hydrogen evolution reduction kinetics without substantially degrading the optical performance of Si *** to optoelectronic advantages,the overpotential required to maintain a photocurrent density of 10 mA cm(under AM1.5 G illumination)is reduced from-0.8 V_(RHE)(for the bare planar Si photocathode)to-0.1 V_(RHE)(for the planar Si photocathode with Ag-Pt NP decoration).Moreover,a further anodic shift(to 0 V_(RHE))is visible for the Si nanowire array photocathode with Ag-Pt NP decoration,along with high long-term stability of the PEC response in acidic and neutral *** study opens a new opportunity for the photo-assisted decoration of various alloy NPs on the morphology-varying photoelectrodes with different applications.

关键词： Ag@ZFO   气敏薄膜   掺杂   气敏性能   硫化氢  

摘要： 采用液相法合成Ag掺杂铁酸锌纳米颗粒(Ag@ZFO)气敏材料,并通过X射线衍射仪、X射线能谱仪、场发射扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪对材料的组成、形貌及表面元素进行分析。分析结果表明,气敏材料含有面心立方Ag和尖晶石结构的铁酸锌(ZnFe_(2)O_(4)),焙烧温度升高导致产物粒径增大;Ag@ZFO存在一定的团聚,内部有明显孔隙。利用十二烷基苯磺酸钠(SDBS)分散Ag@ZFO,并将分散溶液固定于锡掺杂玻璃表面制得气敏薄膜,在紫外-可见分光光谱仪中检测薄膜的光学气敏性能,确定了SDBS分散Ag@ZFO气敏薄膜的最佳制备条件:SD-BS质量分数为2%、分散温度为35℃、分散时间1.5h、转速为1700r/min。室温下Ag@ZFO气敏薄膜对H_(2)S气体的灵敏度优于纯ZnFe_(2)O_(4)纳米颗粒,且有良好的选择性。

关键词： Laves相   LaSC   分子动力学模拟   快速凝固  

摘要： 模拟计算已经成为材料科学的重要手段,从模拟计算输出的原子坐标得到体系的结构特征是研究材料结构与性能相关性的前提.对于晶胞只含2-6个原子的简单(BCC,HCP和FCC)晶体,数值分析方法只需要确定每个原子的局域特征,拓扑结构相同的原子相互连接即构成晶体区域.但要确定含有几十上百个原子的晶胞,数值方法的计算量极大.数值分析与可视化相结合是解决此类问题的方法之一.本文采用分子动力学方法快凝得到Ni_(70)Ag_(30)纳米颗粒,发现纳米颗粒含有FCC晶体和大量结构复杂的拓扑密堆(TCP)结构.利用基于最大标准团簇的分析软件提供的多种可视分析功能,结合晶体学相关知识,采用拓扑构型分析思路,确定了纳米颗粒中的TCP原子构成C15相.本文使用的分析思路为将来开发复杂晶体结构数值识别软件提供了算法逻辑.

关键词： Ag纳米颗粒   纳米薄膜   复合薄膜   非线性光学特性   紫外可见吸收光谱   磁控溅射技术   饱和吸收   拉曼光谱  

摘要： 本文利用磁控溅射技术成功制备出了WTe2薄膜及Ag/WTe2复合薄膜。并表征了两种薄膜的形貌特点及元素组成。紫外可见吸收光谱表明,Ag/WTe2复合薄膜的吸收发生蓝移。拉曼光谱的特征峰证实了WTe2薄膜的成功制备。在532 nm波长处,激发功率为1 μj的开孔Z扫描测试中发现,两种薄膜的非线性吸收特性均表现出饱和吸收特性。计算结果表明相比于WTe2薄膜,Ag/WTe2复合薄膜的非线性吸收系数有了明显的增强,这是由于Ag纳米颗粒的等离激元效应,表明Ag纳米薄膜可以更好地提高复合薄膜非线性吸收特性。

关键词： 水热法   PAN纳米柱阵列   氧化铁纳米棒   Ag纳米颗粒   SERS  

摘要： 以均匀有序的聚丙烯腈(PAN)纳米柱阵列薄膜为基材,结合水热法以及离子溅射方法制备大面积有序的Fe_(2)O_(3)@Ag纳米棒复合结构阵列。利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、能谱仪、紫外可见光吸收光谱仪、X射线衍射仪以及拉曼光谱仪对复合材料进行表征。以罗丹明6G(R6G)和4-氨基苯硫酚(4-ATP)为探针分子,对结构阵列的表面增强拉曼散射(SERS)性能进行研究。结果表明,制备的结构阵列具有较高的SERS活性和信号均匀性,对R6G和4-ATP可以实现10^(-10) M和10^(-9) M低浓度探测。以10^(-6) M的4-ATP为探针分子,计算得到基底的SERS信号相对标准偏差(RSD)值为7.5%。所制备的复合结构在SERS检测中具有良好的潜力。