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[试剂]一文探讨以高定向石墨(HOPG)为衬底的银纳米团簇(AgNCs)

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银纳米团簇(AgNCs)具有荧光和增强的拉曼散射等许多独特的性质。热沉积形成的银团簇在蓝光(450nm 480nm) 和绿光(510nm 550nm) 的激发下可发出可见光波段的荧光, 而球状银粒子在荧光的照射下将转变为三角状的纳米等离子体 , 而应用于多色标定。更重要的是 , 银纳米团簇在工业化学催化方面具有强大的应用前景。

由于 HOPG 具有易解理、稳定性好及与金属相互作用弱等特点 , 我们已开展了以 HOPG 为衬底的银生长研究,本文通过在大气中加热氧化和氩离子轰击 HOPG 表面这两种方法来分别改变 HOPG表面结构后再进行银的沉积 , 并用扫描隧道显微镜(STM) 研究其生长过程。加热氧化后的 HOPG 衬底出现相互交迭的凹陷 , 在随后的银沉积过程中 , 大部分银在这些凹陷边界成核。由于难于控制这些凹陷的深度及曲率半径 , 通过此法很难得到空间分布均匀的银纳米团簇。

银纳米团簇HOPG 表面生长方式及结论

一、银在清洁 HOPG 表面的生长研究

如图 1 所示。在低沉积速率下(01 25ML Π s) , 银在台面上表现为分形岛的生长 , 而在台阶处表现为准一维的链状生长( 1a)。在高沉积速率下(01 5ML Π s) , 我们得到了紧密排列的银团簇 ( 1b)

结论银团簇高度为 9 1 5 ± 2nm 。这是因为银团簇的密度与沉积速率和扩散速率的比率成正比,也就是说, 在低沉积速率下 , 由于银在 HOPG 台面上有较长的扩散长度 , 不易形成紧密的银岛 ; 但在高沉积速率下 , 银原子成核速率相应增加 , 且台阶对银原子的限制作用也相对降低 , 所以在高沉积速率条件下 , 可以获得大范围内空间分布比较均匀的银纳米团簇

二、银在加热氧化后的 HOPG 表面的生长

为了氧化 HOPG 衬底 , HOPG 在大气中加热至 750 ℃并保持 2 min HOPG 表面和氧气发生反应产生很多凹陷 , 相当于增加了 HOPG 表面的台阶密度,HOPG 在大气中被加热至750 ℃氧化 2min 后的形貌特征。可清晰地观察到交迭的圆坑 , 圆坑半径从几个纳米到几百个纳米不等。圆坑边缘的台阶高度在 3 4nm 。氧化过程主要包括两步 : 首先 O 2 分子发生热分解并优先化学吸附在HOPG 的表面缺陷处 ; 然后产生的 CO CO 2 进行脱附 , *终导致 HOPG 表面凹陷的产生。STM 观察表明 , 在氧化后的 HOPG 表面上蒸镀0 1 8 ML 的银后 , 大多数的银团簇聚集在凹陷边缘 ,仅有少量银团簇出现在平整的台面上 ,在60 ℃退火 7min 后发现台面上的少量银团簇全部扩散到凹陷边缘处 , 且团簇的尺寸也变得相对均匀。

三、银在氩离子轰击后的 HOPG表面的生长

这里我们也尝试用氩离子枪轰击 HOPG 来改变其表面结构。图 3a 为轰击后的 HOPG 表面的形貌像 ,3b 为与图 3a 中所示对角线相对应的线谱。可见 , 经氩离子轰击后 ,HOPG表面形成均匀分布的纳米突起 , 高度分布为 0 1 33 ±0 1 13nm, 表面均方根粗糙度为 0 1 095nm 。图 3c 3e 3g 为在轰击后的 HOPG 表面分别沉积了 2 1 5ML 5ML 7 1 5ML 银后的 STM 形貌像 , 3d 3f 3h 是与之相对应的高度分布柱状图。这些结果表明 , 随着覆盖度的增加 , 团簇的尺寸逐渐增加 ( 1 1 1 nm2 1 9nm) , 并且大部分团簇成球状 , 大小也很均匀。

结论:在本实验中 , 氩离子轰击诱导的 HOPG 表面上所形成的尺寸均匀的纳米缺陷充当了银团簇的成核中心 , 并有效降低了银团簇的扩散速率。均匀分布、高密度的纳米缺陷的出现 , 使银团簇的成核密度增加 , 并相对**了台阶对银团簇的成核及生长的影响 , *终导致高密度、小尺度银团簇的形成。

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本文由齐岳Lh整理,2022-05-27 13:46:59

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