铕修饰硅纳米颗粒可视化检测铜离子

为了实现对水中铜离子(Cu^(2+))的检测,设计开发了比率荧光探针铕修饰硅纳米颗粒(Eu-DPA@SiNPs)。在探针中,SiNPs作为参比信号,Eu^(3+)为响应信号,而2,6-吡啶二羧酸(DPA)作为“天线”敏化Eu^(3+)。采用透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射图谱(XRD)、紫外可见吸收光谱(UV-Vis)对探针进行形貌和结构的表征,用荧光光谱测试其检测性能。结果表明:当DPA与Eu^(3+)的摩尔比为0.5∶1时,探针具有最大淬灭效率;探针为均匀分散的球形颗粒,平均直径为26.15 nm;探针中加入Cu^(2+)后,10 s即反应完全,在0.2~13.0μmol/L范围呈现良好的线性关系,检出限(LOD)为0.41μmol/L,远低于美国环境保护署所规定的饮用水中Cu^(2+)含量最大允许限值,并成功将探针应用到实际水样中检测Cu^(2+);进一步制备了荧光检测试纸,实现了对Cu^(2+)的便携、可视化和半定量检测。

硅灰制备硅/碳化硅纳米复合材料及其储锂性能研究

硅负极的体积效应导致锂离子电池的循环寿命短且容量迅速衰减,如何提高硅负极材料的循环稳定性至关重要。采用了熔盐辅助镁热还原法,通过使用含有单质碳的工业固体废弃物硅灰,成功设计了一种碳化硅增强的硅纳米材料(SF-Si),所制备的SF-Si样品不仅保留了SF本身存在的SiC,还将单质碳转化为SiC,使样品中的SiC含量达到了16.4%(质量分数)。与经过热处理去除单质碳的硅灰制备的硅材料(H-SF-Si)相比,SF-Si负极材料表现出更好的循环性能和倍率性能,即第1圈2584.76 mAh·g^(-1)的高比容量和第100圈时具有83%的容量保持率,并且在高电流密度5 A·g^(-1)下的平均容量仍为877.28 mAh·g^(-1),这主要归因于更高的SiC含量。研究表明,硅灰在锂离子电池硅负极领域具有应用潜力,其碳元素在制备硅基纳米材料时发挥积极的作用。

硅纳米结构阵列:光热CO_(2)催化的新兴平台

人口的快速增长和高能源需求产业造成了严重的环境问题。太阳能等替代性的清洁能源对于缓解能源危机和温室效应至关重要。光催化是一种很有前途的方法,但它在转化率、效率和规模化方面存在局限性。光热催化则结合了光化学和光热效应,是在温和条件下有效催化化学反应的新概念。近年来,与传统的光热催化剂相比,硅纳米结构阵列在光热CO_(2)还原反应中表现出独特的催化性能优势。作为一种平台,它表现出优异的光收集能力、高比表面积以及多样化的材料复合选择。本文综述了光热催化CO_(2)转化的概念和原理,硅纳米结构阵列的功能,以及利用硅纳米结构阵列在光热催化CO_(2)转化方面的最新进展,最终将为高性能纳米结构阵列光热CO_(2)催化剂的发展方向提供指导。

水溶性荧光硅纳米颗粒的简易制备及在胭脂红检测中的应用

以3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)和腐殖酸为原料,通过一步水热法快速制备了发射墨绿色荧光的Si NPs,并对其形貌和性质进行了考察。基于胭脂红(CRM)可以有效猝灭Si NPs荧光强度的现象,建立了快速、准确的荧光检测胭脂红新方法,在最优的条件下,该方法的线性检测范围为0.1~90μmol/L,检测限为0.056μmol/L;应用于糖果和饮料中CRM的测定,回收率为99.1%~100.8%。

硅纳米线在锂离子电池超高能量密度阳极中的应用研究进展

硅纳米线(SiNWs)阳极的理论容量高达4200mAh/g,作为锂离子电池(LiBs)超高能量密度阳极的理想材料,是LiBs阳极材料近15年的热点研究对象之一。综述了2008年至2022年SiNWs在LiBs中作为阳极的发展历程,探讨了多种SiNWs阳极材料的合成方法、设计结构、电化学性能及其理论发展等。合成方法包括化学气相沉积、化学刻蚀、磁控溅射、双金属刻蚀法等。在结构设计上,从一维的线性结构到二维的薄、轻、柔的薄膜结构,再到近几年的三维复合多孔以及网状织物结构。在电化学性能提升方面,发现使用涂层或掺杂能有效地提高库仑效率,固体电解质界面(SEI)层的不稳定可以采用预锂化来缓解,从而有效地解决SiNWs阳极面临的循环粉碎、SEI层的不稳定、库仑效率低等挑战。

基于荧光硅纳米粒子的乙醇检测应用研究

在常温常压下,以N-(2-氨乙基)-3-氨丙基三乙氧基硅烷作为硅源,以2,4-二氨基苯酚盐酸盐作为还原剂,在一定条件下,通过一锅合成法,成功制备了具有荧光性质同时对乙醇响应的硅纳米粒子。这一制备方法克服了激光等离子体辅助合成法、电化学刻蚀法、微波辅助合成法等制备方法操作复杂,设备要求高等缺点,该方法不仅操作简便,而且能够通过优化实验条件,进一步优化硅纳米粒子的荧光性能。制备的硅纳米粒子不仅具有优异的光学性能,并且对乙醇具有灵敏的响应能力,在较大的浓度范围内,硅纳米粒子的荧光强度与乙醇的浓度之间呈现良好的线性关系,为其在乙醇的检测领域的应用提供了可能性,并拓展了硅纳米粒子在更多领域的应用前景。

掺杂硅纳米线的光电特性

采用激光烧蚀法制备了磷掺杂硅纳米线和硼掺杂硅纳米链,并运用透射电子显微镜(TEM)、近边X射线吸收精细结构光谱(NEXAFS)、X射线光电子能谱(XPS)及场发射(FE)测量等对其进行了研究。结果表明:硅纳米线包覆在二氧化硅层中及其核心由磷掺杂的晶体硅构成,磷不仅存在于硅纳米线的核心内,也存在于二氧化硅与硅核心的相界面上;硼掺杂硅纳米链的外部直径约为15nm,由直径11nm的晶核和2nm的无定形氧化物外层构成的晶格所组成,其粒间距为4nm,硅纳米粒子链的阀值场强为6V/μm,优于未掺杂的硅纳米线的阀值场强(9V/μm)。X射线光吸收谱可以补充提供常规电流 电压测量得不到的信息,并提示掺杂分布的细节。

碳、碳化硅及硅纳米管熔化与压缩特性的分子动力学研究

采用Tersoff势的分子动力学方法,模拟了(5,5)型单壁碳、碳化硅及硅纳米管的熔化与轴向压缩过程,得到了不同温度下各纳米管的形态、原子径向分布、能量变化以及压缩力-应变曲线。进而,根据模拟结果,分析了它们熔化与压缩特性的差异。研究表明,碳、碳化硅及硅纳米管的熔点分别为6300、5600和2250K左右,它们熔化后分别呈现为网状、疏松的不规则球状以及紧密排布的球状形态;碳、碳化硅或硅纳米管的熔点、比热,熔化热以及承压能力均有碳管>碳化硅管>硅管的排序。

硅纳米线和硅纳米孔结构多晶硅太阳能电池性能比较

通过金属辅助化学刻蚀及碱修饰方法在多晶硅硅片上制备了硅纳米线和硅纳米孔结构,并详细比较了硅纳米线和硅纳米孔多晶硅硅片在反射、内量子效率、磷浓度分布以及电池性能等情况。研究表明,硅纳米孔结构多晶硅太阳能电池开路电压为0.622 1V,短路电流为8.51A,填充因子为79.55%,电池效率为17.30%,与硅纳米线结构多晶硅太阳能电池相比,其效率高出0.25%。

硅纳米材料

硅纳米材料的尺寸效应使其具有独特的光电特性及半导体性质,在纳米电子器件应用及生物医药领域具有重要的应用价值,成为目前研究的热点。目前硅纳米材料主要有量子点、纳米线、纳米管、多孔硅等。本文主要介绍了各种硅纳米材料的的制备方法和应用。

熔盐电解法制备硅纳米线的过程机理

采用FESEM、XRD和EDS分析了纳米二氧化硅烧结片在900℃的CaCl2熔盐中浸泡后结构和组成的变化,结果表明,由于纳米尺寸效应和CaCl2熔盐对二氧化硅的熔融(软化)具有助熔作用,纳米二氧化硅烧结片在900℃的CaCl2熔盐中由固态转变为熔融或半熔融态。根据对900℃的CaCl2熔盐中-1.2V恒电位电解不同时间电极片上反应区的结构和组成分析结果,提出了纳米二氧化硅电极片的硅/熔融二氧化硅/熔盐三相界面沿极片径向方向均匀推进的电解还原过程。通过对900℃的CaCl2熔盐中-1.2V恒电位电解5和15min电解产物的形貌、结构和成份分析,提出了硅纳米线在熔盐中的电化学成核与生长机理。

硅纳米颗粒作为基因转染载体的研究

通过不同浓度的NaCl、NaI修饰硅纳米颗粒 ,用琼脂糖凝胶电泳分析硅纳米颗粒与DNA结合力及对DNA的保护作用 ,同时用绿色荧光蛋白基因作报告基因 ,以硅纳米颗粒作为基因转染的载体 ,转染HT10 80细胞。经电镜观察证实硅纳米颗粒进入细胞内 ;硅纳米颗粒与DNA结合后 ,能对DNA起保护作用 ;并且硅颗粒作为基因转染的载体 ,将绿色荧光蛋白基因导入HT10 80细胞 ,用荧光显微镜观察到发绿色荧光的细胞。结果表明 。

硅纳米材料简介及硅纳米线的现代合成方法

简要介绍了纳米材料、硅纳米材料的起源、发展,着重按硅纳米线的生长机理概括了5种合成方法:气-液-固生长法、有机溶液生长法、氧化物辅助生长法、分子束取向附生法、固-液-固生长法。

硅纳米线阵列的制备及其光伏应用

采用金属催化化学腐蚀方法在单晶硅片表面可以制备出大面积排列整齐、与原始硅片取向一致的硅纳米线阵列,得到的硅纳米线单晶性好、轴向可控且掺杂浓度不受掺杂类型和晶向的影响。基于此,我们成功制备了大面积硅纳米线p-n结二极管阵列。此外,硅纳米线阵列结构具有优异的减反射性能,探索了其在太阳电池中的应用。目前初步研制出了基于硅纳米线阵列的新型太阳电池,获得了最高为9.23%电池效率。同时也研究了限制硅纳米线阵列太阳电池转换效率的主要因素,为以后的应用做了前期的探索工作。

硅纳米线的固-液-固热生长及升温特性研究

该文报道一种直接在硅片上热生长硅纳米线的新方法.与传统的VLS生长机制不同,该方法在生长硅纳米线的过程中没有引入任何气态或液态硅源,是一种全新的固-液-固(SLS)生长机制.实验中使用了Ni,Au等金属作为催化剂,由Ar,H2等作为载流气体.系统压强为2 5×104Pa,生长温度为950-1000℃.生长出的硅纳米线表面光滑,呈纯非舳态,直径为10-40nm,长度可达数十微米.升温特性对硅纳米线SLS热生长起重要作用.研究了各项实验参数(包括气氛压强,加热温度及加热时间等)对硅纳米线生长的影响.

硅纳米线的电学特性

总结了硅纳米线在电学特性方面的研究进展,重点分析了本征及掺杂硅纳米线的载流子浓度与迁移率、场发射及电子输运特性。研究表明通过对硅纳米线进行掺杂可提高载流子浓度及迁移率、场发射和电子输运性能,随硅纳米线直径的减小其电学性能增强。因此,硅纳米线在场效应晶体管及存储元件等纳米器件方面具有极大的应用前景。

基于磷酸化修饰的核／壳硅纳米颗粒药物缓释体研究

采用反相微乳液体系中功能化基团同步修饰方法制备了包载抗肿瘤药物平阳霉素(PYM)的磷酸化核/壳硅纳米颗粒(PYM-PO4SiNP),考察了不同量的磷酸化修饰试剂对PYM-PO4SiNP的影响.结果表明,随着磷酸化修饰试剂量的增加,制备的PYM-PO4SiNP的电位逐渐降低,其包载的PYM的释放速率逐渐加快,但对颗粒的粒径没有明显影响.本文选择能使药物平稳、缓慢释放的磷酸化修饰试剂用量,制备了稳定性好、药物缓释时间长的PYM-PO4SiNP,其载药量和包封率分别为7.2%和37.81%,通过与CNE-2细胞共培育后,可以使CNE-2细胞的存活率逐渐下降,而磷酸化核/壳硅纳米颗粒PO4SiNP载体本身是没有毒性的.这一研究工作的开展拓宽了核/壳硅纳米颗粒在药物载体领域中的应用.

硅纳米管结构和电子性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理方法,在广义梯度近似下,研究了(5,0)和(5,5)硅纳米管结构和电子性质。计算结果表明:(5,0)管硅原子相邻键长波动范围为0.068 nm,大于(5,5)管的0.006 nm;通过对(5,0)管的分波态密度进行分析发现,其3s电子和2p电子能量分布在-13～3 eV,但2p电子集中分布在能量较高的-6～3 eV,出现了明显的sp3轨道杂化。同时对(5,0)和(5,5)硅纳米管最高占据轨道和最低未占据轨道的能隙进行了分析,发现两种管导电性能与结构的手性相关,锯齿型(5,0)管能带交叠具有明显的金属性,而扶手型(5,5)管能隙为0.151 eV是半导体纳米管。

硅纳米管的水热法合成与表征

采用水热法成功合成了新型的硅纳米管一维纳米材料,并采用透射电子显微镜、选区电子衍射分析、能量色散光谱及高分辨透射电子显微镜对合成的硅纳米管进行了表征.研究表明硅纳米管是一种多壁纳米管,为立方金刚石结构,生长顶端呈半圆形的闭合结构,由内部为数纳米的中空结构,中部为晶面间距约0.31nm的晶体硅壁层,最外层为低于2nm的无定形二氧化硅等三部分组成.

第一性原理研究[111]晶向硅纳米线电子结构,光学性质与压阻特性的应变效应

基于密度泛函理论体系下的广义梯度近似(GGA),利用第一性原理方法计算研究了单轴应变对[111]晶向硅纳米线的电子结构、光学性质以及压阻性质的影响.能带结构和光学性质的结果表明:压应变导致硅纳米线的带隙明显线性减小,且使其由直隙半导体转变为间隙半导体,而施加拉应变后硅纳米线仍为直隙半导体材料,但是带隙略有减小,且价带顶附近的能带线产生了较为复杂的变化.由于能带的应变效应导致其光学性质也相应发生了较大改变:拉应变使硅纳米线的介电峰出现宽化现象,低能区内的光吸收增强,静态折射率和反射率峰值增大,而压应变的效果则相反.结合能带结构与压阻系数计算模型得到的压阻特性结果表明:随着压应变的增加压阻系数单调减小,这主要归因于空穴浓度随压应变显著变化引起的;而拉应变作用时,压阻系数呈现波动趋势,这主要是由于空穴有效传输质量的增加程度和载流子浓度的增加程度不同而相互竞争导致的.上述计算结果表明,设计基于硅纳米线的光电和力电器件时,需考虑其应变效应.