金纳米线−介孔二氧化硅复合薄膜合成示意图
近年来, 贵金属纳米颗粒由于其量子限制效应、表面效应及其导电电子的表面等离子激元, 表现出较强的三阶非线性光学(nonlinear optical, NLO)效应, 并且响应迅速, 在光信息处理、光学开关、激光防护等领域具有广泛的应用前景。然而, 金纳米颗粒在反应过程中容易发生聚集, 导致其反应活性降低。因此, 寻求合适的途径来制备均匀分散的金纳米颗粒是目前该研究领域的一个研究热点。
介孔材料有着规则的孔道结构、较窄的孔径分布以及较大的比表面积, 在制备具有可控尺寸纳米粒子方面表现出特有的价值: 较大的比表面积可以提高金纳米颗粒的分散度; 介孔孔道的限制效应可以有效地阻止金纳米颗粒的团聚。目前一些研究者已经成功地将金属或金属化合物的纳米粒子和纳米线引入到二氧化硅介孔孔道中, 如Fukuoka等利用介孔二氧化硅薄膜和粉末作为模板制备了Au、Pt和Pd的纳米颗粒; Okubo等利用微波诱导在介孔二氧化硅的孔道内制备了高分散的金纳米颗粒。将负载金纳米颗粒的介孔二氧化硅用于催化方面的研究也很多, 比如刘洪来等将金复合的SBA-15吸附血红蛋白用来电催化H2O2,此外, 还有介孔二氧化硅复合纳米金颗粒作为催化剂在CO氧化、甲醇有氧氧化、丙烯环氧化反应等方面的应用报道。Shi等还研究了负载金纳米颗粒的介孔二氧化硅薄膜的超快非线性光学响应。因此, 目前的研究多集中在金属纳米粒子复合介孔薄膜方面。而对于金属纳米线与介孔薄膜的复合研究却鲜有报道。
上海交通大学路庆华等人利用热气流法制备的宏观平行取向介孔二氧化硅薄膜为载体, 经氨基硅烷APTS对孔道进行表面修饰后, 在介孔孔道中原位生成了金纳米线。研究结果表明: 由于介孔孔道的限制效应, 在氯金酸的乙醇溶液中浸泡较长时间后, 利用氢气还原可获得长径比较大的金纳米线。Z扫描测试表明, 这种金纳米线-介孔二氧化硅复合薄膜材料具有明显的非线性光学特性。在532 nm的激光下, 它还表现出明显的各向异性, 有望在新型光学器件方面得到应用。