图2-1 球状金纳米颗粒的照片 7

图2-2 星状金纳米颗粒的照片 7

图2-3 球状金纳米颗粒的TEM照片 9

图2-4 星状金纳米颗粒的TEM照片 9

图3-1 球状金纳米颗粒的吸收光谱 12

图3-2 球状金纳米颗粒等离子体振荡示意图 12

图3-3 星状金纳米颗粒的吸收光谱 13

图3-4 原子杂化轨道理论模型 13

表清单

表序号 表名称 页码

表3-1 可见光的吸收及物质的颜色表 14

1 绪论

1.1 纳米材料

纳米材料是指由纳米尺度范围的基本单元构成的物质体系，该体系是一种介乎于典型的宏观系统和微观系统之间的介观系统，具有不同于宏观材料和微观上单个分子原子的独特性质，如光学、热学、电磁学、力学以及化学等方面的性质。总体而言，纳米材料的特性主要表现在小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等。

纳米材料根据不同的标准有很多种分类，其中根据它的化学组分可以分为：半导体纳米材料、碳纳米材料、有机纳米材料、生物纳米材料和金属纳米材料等。而贵金属纳米材料（如金、银等）作为纳米材料的重要组成部分，近些年来更是受到广泛关注，并由于其具备独特的表面等离子体共振效应和表面拉曼散射现象，被逐步应用于光电信息存储、生物医疗等领域。

1.2 金纳米材料

近年来，金属纳米材料所具有的独特的光学性质引起了人们广泛的关注[1]。这些光学性质都涉及到了金属纳米颗粒的局域表面等离子体共振特性(LSPR)，即金属纳米颗粒表面自由电子在电磁场的作用下通过共振产生的表面等离子体正当的现象。研究表明，LSPR主要是由金属纳米颗粒的尺寸、形状、结构、成分以及聚集状态等参素决定，因此可以通过调节上述参数来控制金属纳米材料的光学特性[2]。

目前对金属纳米颗粒的研究主要集中在一些零维（纳米球、纳米正方体）、一维（纳米棒）以及二维（纳米片）结构的材料。随着纳米技术的发展，更多尺寸和形貌的纳米颗粒通过多种方式被制备。其中复杂的三维金属纳米结构（树突状、花状或星状、分枝状）由于其多枝角和复杂粗糙的表面所产生的独特的光学性质引起了人们极大的兴趣。金纳米星便是一种既不空间对称又具有尖锐边缘或枝角的三维纳米结构，主要是由一个中心核和多个孔径角、长度各异的枝角构成[3]。

1.3 金纳米星

1.3.1 金纳米星的制备

金属纳米材料的光学性质主要还是取决于它的尺寸、形貌、结构等，因此要制备出形貌合适的金属纳米颗粒[4]。

在众多金纳米星制备方法中，种子介质生长法主要是通过改变反应体系中的某些参数来调节金纳米星的形貌和尺寸[5]。首先合成金种子，然后以金种子为生长核，利用对苯二酚还原氯金酸，在表面活性剂的作用下，在金种子表面生成多个枝角形成金纳米星。Catherine J. Murphy研究组[6]就曾利用这种方法制备金纳米星，在特定浓度的CTAB和硝酸银环境中，使种子量与Au3+比值减小并且使抗坏血酸的浓度增加，这样便能形成具有尖端结构的金纳米颗粒。种子介导生长法制备金纳米星的可控性很强，通过改变反应条件（反应物的浓度、反应温度和时间、反应体系的pH等），可控制备不同粒径和形貌的金纳米星。但是该方法的合成周期较长，操作复杂、纳米粒子表面的保护剂不易除去，影响了金纳米星的应用。

而另外一种制备方法一步合成法则无需金种子参与，该方法通常在金属盐溶液中添加特定的还原剂和表面活性剂，改变反应体系中试剂的浓度，并控制反应时间以一步生成金纳米结构[7]。一步合成法由两个阶段组成：成核和各向异性生长。在反应体系中，原子核首先在原位形成，然后金原子可以继续生长并形成具有特定形态的纳米颗粒。在这两个阶段中，相对增长率是决定金纳米星表现的关键因素。通过一步合成制备金纳米星可以在室温条件下简单，快速进行。有时候制备体系中不需要表面活性剂，因此所制备的金纳米星表面相对清洁，有利于表面改性和材料应用。然而，一步合成法容易依赖于外部条件，难以控制金纳米星的尺寸和形态。