有机配体包裹金纳米颗粒薄膜制备及其表征
程振东
学位类型硕士
导师高兴宇
2017
学位授予单位中国科学院研究生院(上海应用物理研究所)
关键词十一巯基十一烷酸包裹的金纳米颗粒 超晶格结构 光电发射
摘要近几十年来,由于金纳米颗粒(Au nanoparticles,Au NPs)在催化、纳米微电子、药物载体、信息储存、光学等方面有很好的应用前景,引起了广泛研究兴趣。纳米金颗粒可利用其等离子体共振效应(Localized surface plasmon resonance,LSPR)来做生物传感器,也常常在光伏器件中用来增强光吸收以提升光电转换效率。但较少有在电子发射效应上的研究报道。虽然纯金的费米能级附近有大量的自由电子,但其4.5-5.2 eV的功函数不利于电子的发射。通过Au纳米粒子与其它配体,比如烷烃复合,可以降低材料的功函数,从而促进来自金表面的二次电子发射。另一方面,烷烃虽具有低(或者负)的电子亲和能(Low electron affinity,LEA;Negative electron affinity,NEA),但较大的HOMO-LUMO(Highest Occupied Molecular Orbital-Lowest Unoccupied Molecular Orbital)间隙(>8 eV)使这种小分子表现出电绝缘性质,因而没有利用烷烃直接作为电子发射体的报道。烷烃硫醇是修饰金纳米粒子最常见的配位体,它很容易通过Au-S键自组装在金纳米颗粒球上。Au-S键的存在降低了有机分子包覆的纳米金颗粒的HOMO-LUMO间隙,进而增强电子从配体包裹的纳米金颗粒发射到真空中的能力。有机配体包覆的金纳米颗粒球,在液态中具有很好的分散性和稳定性。在干净的Si3N4基底上,通过滴加5.5 nm有机包覆的金颗粒前驱体溶液可以自组装得到长程有序的超晶格(Superlattice,SL)结构的薄膜,而薄膜的连续完整性有利于电子的传输。前期工作发现烷烃包裹的3 nm金纳米颗粒具有增强二次电子发射的现象,然而并没有针对更小尺寸的纳米金颗粒发射二次电子的相关研究报道。这主要是因为小于3 nm以下的纳米金颗粒具有比较差的单分散性,很难得到单分散性较好的前驱体溶液。为了研究影响金纳米颗粒薄膜的电子发射的因素,本文选择采用液-液两相法在还原氯金酸溶液中加入11-巯基十一烷酸(Mercaptoundecanoic acid,MUA)。我们通过调控Au:S的摩尔比例制备了1.5 nm、1.8 nm、2.4 nm以及3.9 nm粒径的单分散金纳米颗粒,进而采用滴加的方法制得长程有序的金纳米颗粒薄膜。扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)观测到薄膜中具有大量微米级的块状集团。同步辐射掠入射X射线衍射(Grazing Incidence X-ray Diffraction,GIXRD)揭示其具有面外长程有序的超晶格结构;傅里叶红外光谱(FTIR)与X射线光电子谱(X-ray Photoelectron Spectroscopy,XPS)证实薄膜中Au-S键的形成。通过紫外光电子能谱(Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy,UPS)进一步发现常温下1.5 nm粒径的薄膜具有比单晶金样品强10倍的优异二次电子发射能力,且发射峰半高宽是单晶金样品的1/4。本研究表明3 nm粒径以下MUA包覆的金纳米薄膜在电子发射源以及光电探测器上具有应用前景。
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/27504
专题中科院上海应用物理研究所2011-2018年
作者单位中国科学院上海应用物理研究所
推荐引用方式
GB/T 7714
程振东. 有机配体包裹金纳米颗粒薄膜制备及其表征[D]. 中国科学院研究生院(上海应用物理研究所),2017.
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