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贵金属纳米材料的电学、光学、磁学、催化等性质极大地依赖于材料的尺寸和形貌。其尺寸及形貌的可控合成一直是纳米领域研究的热点,但是由于影响因素众多以及合成体系各异等,真正意义上的形貌均一且尺寸单分散的纳米材料仍然难以直接获得。因此,对尺寸及形貌多分散的纳米材料施行有效的分离纯化是提高其单分散性,继而优化其性能的必要手段。此外,植物还原法因其环保、反应条件温和、操作简便等优势,被应用于制备不同尺寸和形貌的金纳米材料。本文采用植物还原法制备得到具有尺寸及(或)形貌差异的金纳米颗粒,采用密度梯度离心法、琼脂糖凝胶电泳法、膜过滤法及“两步法”等,对纳米颗粒进行分离,并从各分离过程的影响因素及分离机理方面进行系统的研究。主要研究工作及结果如下: 首先,利用密度梯度离心法分离不同尺寸的金纳米球。 第一,基于现有的沉降速率理论,建立了密度梯度离心过程中纳米颗粒的沉降位移模型,并利用Matlab对模型进行求解;以平均粒径为25.2 nm的单分散性(尺寸偏差<15%)金纳米球为例,将理论值和真实值进行比较,验证了沉降位移模型的可靠性;将该模型用于预测多分散性(尺寸偏差>15%)金纳米球的分离效果,并进一步优化,得到最优离心时间为8min,可分离出粒径分布为18.0±0.9 nm、25.2±1.6 nm、37.5±2.3nm的金纳米球。 第二,通过模拟计算,探究离心时间、离心力因素对密度梯度离心分离效果的影响。结果表明:对于粒径差别比较大的体系,增大离心时间(或离心力),分离效果会更好,但是对于粒径差别比较小的体系,分离度出现曲折或间断性上升;而且,随着时间的延长,颗粒间距(即分离效果)的增幅逐渐减小。 第三,通过实验对比甘油、蔗糖、PVP、氯化铯等离心介质,得出蔗糖是分离本实验的水溶性金纳米颗粒的最适合的离心介质;通过对比离心和旋转蒸发两种颗粒的浓缩方式,得出要得到大颗粒样品宜采用离心浓缩,而小颗粒则宜采用旋转蒸发浓缩。 其次,利用琼脂糖凝胶电泳法分离金纳米球和较小的金纳米片(120-200 nm)。考察了琼脂糖凝胶的浓度、电压、TBE缓冲液浓度等对分离效果的影响,对分离效果进行优化,并从机理层面上探究其作用机理。结果表明:分离的最佳条件为1.2%凝胶浓度,100 V电压,1×TBE缓冲液;通过推导及计算得出,在其他条件一致的情况下,金纳米颗粒的迁移率与凝胶的浓度成(负)线性相关;纳米颗粒的迁移率与电泳电压成正比;TBE缓冲液的浓度越高(0.5-2×TBE),金纳米颗粒的电泳迁移率越大,稳定性越高;将生物法与化学法制备的金纳米颗粒在电泳过程所具有的不同特性进行了对比,得出生物法制备的颗粒具有在缓冲液中稳定性良好,无需进一步修饰的优势。 再次,利用膜过滤法分离金纳米球和较大的金纳米片(200-900 nm)。利用中空纤维膜过滤连续分离纳米颗粒,在透过液中得到近100%的金纳米球,截留液中金纳米片得到一定程度的富集。利用针头式过滤器(0.22μm的膜)分离金纳米球和较大尺寸的金纳米片(200-900 nm),考察了分离各因素对分离效果的影响。结果表明:适当降低膜的孔径以及提高原液的pH有利于获得较纯金纳米球,反之,则有利于获得比较纯的金纳米片;采用不同材质的膜进行分离实验结果表明,疏水性的膜不能用于过滤纳米颗粒的水溶液,亲水性的混合纤维素酯膜与尼龙膜相比,过滤过程中颗粒的损失比较小,更适用于该体系的分离;通过二次过滤,可以使金纳米片的纯度达到近100%;当过滤体积较小时,小颗粒在膜中受到的阻力比较小,通过膜的时间较短,优先从膜流出来。 最后,采用密度梯度离心和凝胶电泳结合的“两步法”分离复杂体系中的金纳米颗粒。首先,用密度梯度离心法有效地将金纳米颗粒按照不同尺寸进行分离。随后,采用琼脂糖凝胶电泳法进一步将纳米颗粒按形貌进行分离。结果表明:对金纳米球的粒径分布为46.7±9.7 nm,金纳米片的边长分布为107.7±32.6 nm的多分散性体系(尺寸分布的标准偏差:20%-30%)进行两步法的分离可以获得单分散性的金纳米颗粒(金纳米球的标准偏差是4%-5%;金纳米片的标准偏差是6%-7%)。对于具有不同形貌的多分散纳米溶胶系统而言,两步法是实现尺寸和形貌分离的有效方法。