微纳颗粒组装效应及其物理化学本质的研究

本研究将研究各种微纳颗粒的组装体的形成，并利用各种现代的方法和仪器研究组装体结构与所具有的特定的光、电性能之间的关系。我们将针对两个具有科学意义和应用前景的体系开展工作。一是金的纳米颗粒。由于金纳米颗粒具有化学稳定性，其等离子共振吸收光谱、荧光光谱等对纳米粒子分散度、形状和介质的依赖性已得到了人们的广泛关注，但对它的光电响应性质的认识还处于起步阶段。对金纳米粒子大面积组装行为及其光电性质的系统研究将具有重大的理论和实用意义。另一个体系是当前纳米电子学中的热门课题，即n-、p-型半导体颗粒构成的组装体系。这些微纳组装体具有优异的电学性能，有可能成为未来纳米器件的基本功能单元。对它们的构筑方法、性质以及构-效关系的深入研究将推动纳米信息科技的进一步发展。

自2010-2013年，在国家自然科学基金重点项目（项目批准号: 20933007）的资助下，本课题组根据项目任务-“微纳颗粒组装效应及其物理化学本质的研究”， 利用电化学和特殊表面活性剂制备、分离、排列和组装了高单分散贵金属、半导体纳米材料。研究了功能纳米组装体在催化、生物医药等领域中的应用及其物理化学本质，取得了一些有意义的成果。..一、利用电化学方法合成不同形貌的贵金属纳米结构。. 在石墨烯、碳纤维等载体上沉积了具有不同形貌的贵金属纳米颗粒，得到一系列贵金属纳米结构。通过研究发现该纳米结构对甲酸、甲醇具有优异的电催化活性。此外，在碳纤维表面构建了石墨烯纳米花。此种石墨烯纳米花可以用来同时检测抗坏血酸、多巴胺和尿酸。在玻碳电极上形成的石墨烯花可作为构筑超级电容器的材料。.二、 高单分散半导体纳米材料的制备、表征及其在吸附和催化中的应用.1、对半导体纳米材料的制备、性能进行了详细而系统的研究。合成了多种具有良好的光催化活性、高的锂离子存储性能、优异的高温CO2吸附性能等的纳米材料。有可能在光催化制氢、锂离子电池、高温CO2吸附剂等方面得到应用。.2、通过控制反应条件，合成出了一系列较为罕见的高单分散三元半导体纳米、亚微米颗粒。例如单分散的CdIn2S4球、单分散CuInS2纳米粒子、准单分散CdxZn1-xS纳米晶等。.三、高单分散纳米金颗粒的制备、分离和排列及其在环境、生物医药中的应用. 研究了金纳米颗粒尺寸及纳米颗粒聚结体对HeLa细胞生长和死亡的影响，揭示了颗粒大小，聚结体结构与细胞毒性之间的关系。研究了被包吞的AuNPs大小对细胞死亡动力学及半衰期的研究。在上述工作的基础上，研究了大的纳米金花对肿瘤细胞的光热疗方法，并在小鼠身上取得了良好的结果。..四、功能纳米组装体中物理化学本质的研究。.1、研究了半导体纳微颗粒组装体的结构形成原理。 利用电沉积力和表面亲、疏水力可以控制不同结构的形成。研究了组装体大小和结构对其电化学行为、分子识别作用、光催化性能、SERS效应、能量转移，催化性能、光电行为的影响。.2、利用新型树枝状多氨基表面活性剂制备和分离了单分散的球形、十面体、二维片状纳、微米金颗粒，尤其是得到了尺寸在20纳米到15微米间的片状的六面体。此外，通过调控金颗粒的尺寸与形貌，可使金的SPR峰由520nm延长到近红外。