荧光纳米盘制备.docx

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荧光纳米盘制备

一、课题背景与现状

1.1银纳米粒现状与银纳米盘

银纳米粒子由于其优异的抗菌性能，以及良好的催化性能而被广为应用。

上世纪后十年，由于纳米银颗粒的光学，电性和磁性和它的大小有特别的关系；它就已用到催化，光学，电子学和其它方面。

现在，银纳米颗粒大多在生物技术和生物工程，纺织工程，水处理和银基消费产品中用作抗菌和抗真菌现在也努力把银纳米颗粒结合到一系列医疗器械中，包括（但不限）：

骨粘合剂、手术器械、手术面具、伤口敷料。

而现在的研究领域大多集中在银纳米粒方面，银纳米盘的研究很少，至于银纳米盘的用途现在还待研究。

1.2课题背景

合成的纳米粒子大多数为粒状，本实验提出一种双还原剂法制备银纳米盘的方法。

本实验内容以清华大学研究制备银纳米盘实验方法为基础，运用TU-1901双光束紫外可见光谱仪与荧光分光光度仪对实验制得的银纳米盘溶液进行分析，实现以双还原剂方法进行制备的同时同步完成制备结果的表征检测，培养本科生自主设计新实验的科学思维能力和动手实做能力，全面提高实验设计创新能力和科研素质。

测量之外光谱以300-900nm为测量范围，再通过不同激发波来确定发射波长，研究其荧光特性。

银纳米粒子溶胶的粒度及分布范围和光学吸收性能，采用紫外-可见吸收光谱法测定。

使用TU-1901双光束紫外可见光谱仪，分别测定银纳米溶胶的吸收光谱。

根据表1所列的银纳米粒子平均粒径与最大吸收波长

间的联系确定银纳米粒子的平均粒径。

表1银纳米粒子平均粒径与最大吸收波长

平均粒径/nm

/nm

<10

390

15

403

19

408

60

416

用紫外表征时候，可以看到不但有普通银纳米粒子的吸收峰，而且能看到，银纳米盘粒子的吸收峰，可以证明制备得到了银纳米盘。

原研究对球形银纳米粒进行下述荧光测试得出数据如下：

形状

激发/nm

发射/nm

中心激发波长/nm

中心发射波长/nm

扫描波段

步长

扫描波段

步长

球形

220～248

1

460～495

1

237

438

二、研究的目的和意义

目的是为了探索一种新的制备银纳米盘的方法，同时研究该银纳米盘的各种性质，比较银纳米粒的性质，从展望角度研究银纳米盘在科技及实践中的作用，目前国内应用银纳米粒比较广泛，但银纳米盘的使用相对较少。

同时实验旨在提高我们本科生的动手能力与创新思考能力，同时可以提高大家的团队协作能力，提高对科研的认识与兴趣。

通过开展实施这样的创新研究，能带动我们得到科学研究与发明创造的训练，有效的改变目前高等教育培养过程中实践教学环节薄弱，动手能力不强的现状，改变灌输式的教学方法，推广研究性学习和个性化培养的教学方式，形成创新教育的氛围，建设创新文化，进一步推动高等教育教学改革，提高教学质量。

三、方案设计和实施计划

3.1方案设计

（1）查找文献，由指导老师确定选题；

（2）确定实验的操作方案，确定所要的仪器与药品；

（3）找齐药品及仪器：

仪器：

双光束紫外可见光谱仪，荧光分光光度仪，电子分析天平，79HW-1磁力搅拌器，恒温槽，双层三口瓶，容量瓶，具塞锥形瓶（50ml），量筒（25ml），烧杯（50ml，25ml）等；药品：

硝酸银，双氧水，柠檬酸钠，硼氢化钠，PVP（聚乙烯吡咯烷酮），去离子水。

（4）开始实施实验计划，在不同条件下进行实验。

3.2实施计划

周一、二：

查阅文献，设计实验方案；实验试剂设备准备；

周三、四：

制备银纳米盘测定紫外可见吸收光谱，优化制备条件，

周五：

讨论实验结果，写实验报告。

四、研究的主要内容

4.1实验部分

4.4.1银纳米盘的制备

（1）溶液的配制：

配制0.1

水溶液、30

的柠檬酸钠水溶液、2

水的聚乙烯吡咯烷酮（PVP，Mw=10000）水溶液、0.1mol/L的

水溶液；

（2）样品的制备：

用双层三口瓶接恒温槽，三口瓶底部接磁力搅拌器，瓶内放磁子，调节恒温槽温度至20℃。

取100mL0.1

溶液于三口瓶内，打开搅拌，依次向瓶中加入30

的柠檬酸钠水溶液3mL、2

的PVP水溶液5滴至10滴、30%的H2O2溶液4滴,此时溶液无色澄清。

接着快速向瓶中注入011mol/L的

水溶液5-6滴,溶液立刻出现浅黄色,且搅拌分散均匀后,浅黄色保持不变。

一段时间后，溶液颜色由浅黄色立刻变为橙黄色，再变为橙红色、紫红色、浅绿色、浅蓝色再到深蓝色。

溶胶静置后放入冰箱中。

4.4.2样品的表征

（1）将冷却后的样品用TU-1901双光束紫外可见光谱仪根据仪器使用步骤测量其吸收光谱，必要时进行图谱对比；

（2）将测量过紫外可见光谱的溶胶用荧光光谱仪测量其二维及三维荧光谱。

4.2样品的结果与讨论

4.2.1不同条件下的产物的紫外吸收光谱

（1）下图曲线a是实验中PVP加10滴时成功的一组实验，其紫外吸收光谱在800nm处有一个最高峰，即为制备出的银纳米盘的峰，（另一波峰为330nm，几乎所有测定紫外光谱图中均有此波峰，应该是石英玻璃对紫外吸收的峰），实验条件为室温25℃，即在空气浴中进行实验，采用机械搅拌，溶胶颜色为深蓝色，通过该组实验可以得知：

双还原剂法可以得出银纳米盘，而且是粒径较大的盘。

（2）下图曲线b是实验中PVP不加时成功的一组实验，其紫外吸收光谱在843nm处有一个最高峰，即为制备出的银纳米盘的峰，（另一波峰为332nm，几乎所有测定紫外光谱图中均有此波峰，应该是石英玻璃对紫外吸收的峰），实验条件为室温25℃，即在空气浴中进行实验，采用机械搅拌，溶胶颜色为浅蓝色，同样可以得知：

不加PVP同样可以制备出银纳米盘，且粒径似乎较大。

（3）下图曲线c是实验中PVP不加时成功的另一组实验，其紫外吸收光谱在754nm处有一个最高峰，即为制备出的银纳米盘的峰，且在392nm时也有吸收峰，可以推测为银纳米粒峰，粒径大约10nm，（另一波峰为332nm，几乎所有测定紫外光谱图中均有此波峰，应该是石英玻璃对紫外吸收的峰），实验条件为20℃水浴，即在三口瓶浴中进行实验，采用机械搅拌，溶胶颜色为浅蓝色，同样可以得知：

不加PVP的低温条件同样可以制备出银纳米盘，且粒径似乎较小且有部分银纳米粒存在。

（4）下图曲线d是实验中PVP不加时成功的另一组实验，其紫外吸收光谱在740nm处有一个最高峰，即为制备出的银纳米盘的峰，且在396nm时也有少量吸收峰，可以推测为银纳米粒峰，粒径大约10nm，而且银纳米盘粒径跨度大，实验条件为室温25℃，即在空气浴中进行实验，采用手动搅拌，溶胶颜色为浅蓝色，同样可以得知：

不加PVP的室温手动搅拌条件下制备出的银纳米盘不均匀，粒径不一，有明显的缺陷。

（5）下图曲线e是实验未加PVP时失败的一组实验，溶液颜色呈现紫红色。

最高峰在557nm，有部分银纳米粒的存在，实验失败的原因在于反应进行到一半时即溶液颜色变为紫红色后就停止反应，猜测加入的双还原剂过少，导致反应进行不彻底。

4.2.2不同条件对产物的影响

（1）下图为实验中有无加入PVP对产物溶胶的影响：

曲线a表示加入PVP，曲线b表示未加入PVP。

加不加PVP（表面活性剂）不影响反应产物中的吸收峰的存在。

实验中发现加入PVP时，向溶液中加入

溶液产生浅黄色后，溶液需要经过一段时间（20-40min）的反应时间，溶液颜色才会发生一系列变化，而不加入PVP时，溶液颜色在加入

溶液产生浅黄色后，在5min以内就会发生颜色变化。

而且实验过程中发现，PVP量若加入过多，则反应进行到突变为橙黄色时，反应停止，溶液变无色且无任何产物存在。

（2）下图为实验中温度（主要研究20℃水浴及空气浴）对产物溶胶的影响：

曲线b表示空气浴室温25℃，曲线c表示20℃水浴。

由实验可以发现，在水浴低温条件下进行反应，反应时间较长，比空气浴时间长近15min左右，这或许跟反应温度影响速率有关。

且在水浴20℃条件下，溶胶中还有少量银纳米粒的存在，表现出其紫外吸收峰，即水浴时有部分银纳米粒不能及时吸附到一起。

而由曲线观测得出，水浴20℃形成的溶胶的峰较小，但性能更好，粒径更集中。

（3）下图为实验中搅拌对产物溶胶的影响：

曲线b表示机械搅拌，曲线d表示手动搅拌。

实验中手动搅拌在400nm时也有少量吸收峰，可以推测为银纳米粒峰，粒径大约10nm，而且银纳米盘粒径跨度大，不如机械搅拌的单一峰。

这就从一方面说明，手动操作还是有一定的局限性。

（4）下图为实验中产物放置时间对产物溶胶的影响：

曲线a1表示刚产出的产物溶胶，曲线a表示产物冷却放置一周以后的溶胶。

可以看出，对于未加PVP的溶胶来说，放置时间并不会影响紫外光谱的吸收峰，两条曲线近乎是重合的，故可以忽略时间对产物的影响。

4.2.3产物溶胶的荧光检测及光谱

实验中使用FLSolutions（荧光分光光度计）对紫外吸收峰在800nm的产物溶胶进行了荧光检测，从而测其荧光光谱。

（1）下图为荧光检测图：

图a表示测量波长为700nm时的荧光检测图，图b表示测量波长为800nm时的荧光检测图。

而在300-600nm为测量波长时并没有明显得荧光显示，则可以知道产物是有荧光特性的，需要一定的激发。

（2）由原研究报告中的两个激发波长262nm与352nm进行荧光发射光谱实验，测量800nm紫外吸收峰的产物溶胶，其中图a表示激发波长为262nm时的荧光光谱，图b表示激发波长为352nm时的荧光光谱，a中发射出来的荧光波长为400nm，b中发射出来的荧光波长为371nm和410nm，与银纳米粒的荧光特性不相同。

下面给出实验中测定该银纳米盘的三维荧光光谱，似乎有一定的偏差（由于三维图谱看不太懂），但是图谱本身并不显现出为“指纹”状的样式，这里存在改进之处！

4.3实验不足之处

（1）实验中成功率较低，很多反应未能进行完成，均只能进行到溶液颜色变化的第一步；

（2）实验中由于实验条件的限制，各种条件并不能保持完全的单一变量，导致实验结果有一定的偏差；

（3）实验中在加入PVP并且20℃水浴条件下均不能反应，且加入PVP超过10滴则反应不能完全进行；

（4）实验中各种条件的影响未能全部考虑，由于时间原因，反应的机理也不太清楚，只能由原文献得出；

（5）实验中的产物未能全部进行荧光测试，故荧光光谱有一定的偏差,且实验中的荧光光谱分析不到位。

未进行TEM表征，未得出实验产物银纳米盘的形状。

五、创新点和结论

5.1创新点

（1）由于按照原研究报告并不能得出实验产物，于是通过自己的探索将实验产物制备出；

（2）实验中制备的银纳米盘与银纳米粒有不同的荧光特性；

（3）实验中采用了高科技仪器进行测量与检验，可以很好的得出结论，有一定的准确性。

5.2结论

　用双还原剂法制备了银纳米盘,在近红外区具有强烈的面内偶极共振吸收。

柠檬酸钠对纳米盘

的生长起着决定作用,PVP作为包覆剂防止粒子团聚。

检测了产物溶胶的荧光并测试了二、三维荧光光谱，对于研究表明，球形粒子对于每个激发波长仅有一个发射峰;而该实验得出产物的银纳米盘在中心激发波长分别为262nm和352nm时,在262nm的激发下具有1个中心发射波长为400nm，在这352nm的激发下具有2个中心发射波长370nm和410nm，与银纳米粒子特性不同。

六、成果的应用前景及展望

6.1银纳米的应用前景

6.1.1超导方面的应用

据报道，用70nm的银粉制成的轻烧结体做热交换材料，可使制冷机工作温度达到0.01～0.003K，效率较传统材料高30%。

通过研究不同含量银纳米粒掺杂的（Bi，Pb）2Sr2Ca2Cu3Ox块材，发现银纳米粒掺杂使材料熔点降低，加速了高Tc（Tc指临界温度，即从正常状态到超导态的过程中，电阻消失的温度）相的形成；银纳米掺杂大大提高了磁通蠕动激活能，其中最佳掺杂15%（质量）Ag时激活能提高5～6倍；银纳米掺杂样品的钉扎能U随磁场降低比非掺杂样品要慢，改善了磁场下的传输性能银纳米掺杂使晶间损耗峰向高温移动20K，改善了晶界弱连接，并大大增强了晶界的涡旋钉扎能力。

将银纳米引入超导材料的合成中，大大推动了超导领域的发展。

6.1.2化学反应中的应用

银纳米可以用作多种反应的催化剂。

Li及石川等人通过考察复合催化剂纳米级Ag/H-ZSM-S在CH4选择还原NO反应中的活性和选择性，发现用含银纳米粒高于7%的催化剂时，NO转化率显著提高，表明分子筛外表面银纳米的存在提高了银催化剂在CH4选择还原NO反应中的活性。

再如，在聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯的激光离解反应过程中，加入银纳米粒子，银纳米粒子导致聚合物炭化，在界面产生诱导石墨化作用;同时银纳米粒子与聚甲基丙烯酸甲酯的界面发生反应，改变了粒子对激光能量的转化方式，减弱其激光炭化作用。

总之，银纳米粒子的加入改变了聚合物体系对激光能量的吸收和转换方式，导致其激光离解发生变化。

6.1.3生物材料方面的应用

用银纳米-金颗粒与聚乙烯醇缩丁醛作复合酶膜基质固定葡萄糖氧化酶（GOD），构建葡萄糖生物传感器。

实验证明，银纳米粒颗粒的介入可以大幅度提高氧化酶的催化活性，显著提高GOD酶电极的响应灵敏度，使响应电流从相应浓度的几十nA增强到几万nA。

这种借助银纳米颗粒固定酶的方法使得GOD用量减少、操作方便，且不需昂贵的实验设备，易于工业化，从而为纳米生物传感器的组装提供了可能性，为纳米颗粒在生物材料领域中的应用提供了实验和理论依据。

6.1.4光学领域的应用

银纳米可用作表面增强喇曼光谱（SERS）的基质，实验证明SERS谱的获得与吸附分子的电性及银纳米的表面电性有关。

根据分子的电性，选取不同电性的纳米银，可以获得较强的SERS谱，进而扩大SERS的研究范围。

同时，银纳米粒子由于其表面等离子振荡吸收峰附近具有超快的非线性光学响应，科学家发现把银纳米掺杂在半导体或绝缘体中，可获得较大的非线性极化率，利用这一特性可制作光电器件，如光开关、高级光学器件的颜色过滤器等。

6.1.5其他方面

在化纤中加入少量的银纳米，可以改变化纤品的某些性能，并赋予很强的杀菌能力。

据以色列报道，纳米银粉的导电率比普通银块至少高20倍，因而银纳米粒子也可以用作集成电路中的导电银浆、电池电极材料。

银纳米还在医学方面具有很大的应用，因其特有性质，具有很强的生物活性，比如抗细菌，抗病毒等。

此外银纳米还可用作照相制版的基质等。

6.2成果展望

银纳米粒的使用已经相当广泛了，在其基础上，我们在克服了银纳米粒子容易被氧化的思考中，应该研究银纳米盘的稳定性（是否易被氧化）、银纳米盘的适用性（是否在银纳米粒领域同样能够广泛的使用银纳米盘）、银纳米盘制备的简易新方法、如何利用银纳米盘与银纳米粒的荧光特性以及两者荧光特性的区别（是否可以用于标记）等等。

当然，针对这个新的成果，我们现在所需要做的是提高反应产物的成功率以及实验过程中各反应条件的确切影响，还有反应后产物溶胶中量的多少及反应的机理。