硅納米線(SiNWs)表面銀納米粒子改性原理介紹 

硅納米線已開始在邏輯門和計數器、納米傳感器、場發(fā)射器件等領域取得了一定的應用。實驗室大量制備的硅納米線直徑一般都在 20nm 左右，受小尺寸效應影響，表面原子比例隨直徑的減少急劇增大引起其性質的變化，由于硅納米線表面原 子存在大量未飽和鍵，具有很強的表面活性，現已開始對其進行表面改性研究。當適當地對硅納 米線表面進行其它元素修飾時，硅納米線的物理、化學性質得到進一步的改進，能夠廣泛應用于 納米器件中。本文對硅納米線的表面改性影響其物理、化學性質的改進，以及改性的一些原理， 硅納米線表面改性后的應用研究進行介紹。

硅納米線表面銀納米粒子改性

Sun 等報道了采用激光燒蝕法制備硅納米線，再用氫氟酸腐蝕表面 SiO2 層后，硅納 米線表面被氫鈍化，硅納米線在用去離子水沖洗烘干后浸入硝酸銀溶液 30s 后，通過透射電子顯微鏡(TEM)可以看到硅納米線表面沉積了一層單質銀(如圖 2 所示)。研究表明用氫氟酸處理硅納米線后，由于硅原子和氫原子的相互作用，納米線表面生成了硅氫化合物。在硝酸銀溶液中，Si― H 鍵和銀離子相作用參與化學反應，并有 H2、單質銀、SiO2 等產物生成。研究者認為反應過程與多孔硅和貴金屬離子的反應相類似，其原理如下。

(1)銀離子被硅納米線表面的氫化物還原成單質銀

Ag+ (aq) + 4Si―H(表面)→Ag(s) + H2(g)+4Si(表面) + 2H+ (aq)

(2)由于溶液中水的存在還進行了進一步的化學反應，銀離子被進一步的還原并沉積在硅納

米線外表面，同時溶液呈酸性

Ag+ (aq) + Si(表面) + 2H2O(aq) →Ag(s) + H2(g)+SiO2 + 2H+ (aq)

Sun 等[14]還對表面改性后的硅納米線進行 X 射線吸收精細結構光譜(XAFS)測量。通過XAFS的探測能確認銀究竟是存在于硅納米線的外表面還是存在于晶核及其化合物中，這是因為總電子產額譜(TEY)收集的是電子信號，是從樣品表面發(fā)出的，而熒光產額譜(FLY)收集的是聲子信號， 從樣品的內部發(fā)出。Si和Ag的 XAFS 研究提供了硅納米線中Si和Ag的相互關系。

圖 3 是對硅 納米線(直徑為 25nm)用 10%HF 處理表面氧化層后置于10-4mol/L 的硝酸銀溶液中得到 Si 的 K 邊XAFS 波譜簡圖，其中的插圖是硅納米線的 X 射線近邊結構光譜(XANES)；從圖 3(a)TEY 光譜 中可以看到未經 HF 處理的硅納米線的硅氧峰(1848eV)很明顯，并且 Si―O 峰比 Si―Si 峰弱，說明僅僅是樣品表面參與了化學反應。經 HF 處理后硅氧峰(1848eV)消失，同時曲線的上升邊斜率變得平緩說明氫在化學反應中起到了化學取代作用。當硅納米線浸于硝酸銀溶液中，圖 3(a)中插圖 XANES 譜線顯示氧信號明顯加強(共振線在 1853eV)，表明由于具有還原性的 Ag+ 和硅納米線的表面作用使其表面再次氧化,并且被Ag+ 再次氧化的硅納米線的氧化層比未經HF處理的硅納米線要薄；從圖 3(b)FLY 光譜中可以看到在整個過程中硅納米線的內核一直保持單晶硅結構，其內部結構并未受化學反應的影響，這說明 Ag+ 僅僅是和硅納米線的表面作用。

圖 4 是通過對產品Ag 的 L3,2 邊 TEY 進行進一步分析，Ag 的 L3,2 邊 XANES 光譜是從內核的 2P3/2、2Py2的電子向高于費米能級的未占據的 d 和 s 軌道躍遷，從圖中可以看到硅納米線表面銀是面心立方晶體，這就充分說明了硅納米線的表面沉積的是單質金屬銀，而硅納米線的內部結構并未受溶液中的 Ag+ 影響。

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以上資料來自文獻匯編

齊岳生物小編zhn2021.02.25