一种对有序排列的纳米线的间距的调控方法

1.本发明属于纳米材料组装技术领域，尤其涉及一种对有序排列的纳米线的间距的调控方法。

背景技术：

2.近年来，随着对计算机芯片的加工精度要求不断提高，光刻技术也越来越受到人们的重视。高精度的光刻就是在纳米尺度对材料进行刻蚀加工，从而得到预想的纳米结构。但是光刻设备价格高昂，关键技术也被外国公司封锁，而利用langmuir-blodgett组装技术,可以在宏观层面对微观尺度上的纳米材料进行微观调控，使得纳米材料在两相界面间有序排列，然后再根据需求将排列好的纳米材料转移到不同的基底上。
3.如文献《美国化学会志》(j.am.chem.soc.2017年139卷9221页)中报道利用langmuir-blodgett组装技术将银纳米线和氧化钨纳米线进行有序组装，就得到了有序排列的纳米线薄膜。此外纳米线的有序排列会带来某些性能的提升，如文献《美化学会志》(j.am.chem.soc.2019年141卷10729页)中报道利用langmuir-blodgett组装技术将铂纳米管进行有序组装，在其他条件一致的情况下，组装得到的有序排列的铂纳米管较于无序的铂纳米管在电催化甲醇氧化的性能上有显著提升。现有技术一般通过利用微流体技术或是光刻技术来设计调整纳米结构，从而制备间距可调的纳米材料薄膜，但是这些方法流程长，成本高，不能大规模高效的制备间距可控的纳米材料薄膜。

技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种对有序排列的纳米线的间距的调控方法，该方法能调控微观尺度下纳米材料之间的间距并能大规模制备。
5.本发明提供了一种对有序排列的纳米线的间距调控的方法，包括以下步骤：
6.制备尺寸均一的银纳米线，洗涤，分散后调节ph值，再加入多巴胺，反应，得到的反应产物洗涤，超声分散在溶剂中，利用langmuir-blodgett组装方法组装得到有序的纳米线薄膜，再浸泡在氢氧化钾溶液中，取出。
7.在本发明中，制备尺寸均一的银纳米线优选包括以下步骤：
8.将聚乙烯吡咯烷酮何丙三醇混合，加热至98～103℃，降温，加入硝酸银，再加入氯化钠溶液，升温至200～220℃，停止加热后加入去离子水，冷却，得到银纳米线。
9.在本发明中，所述反应的时间为5.5～6.5h。具体实施例中，所述反应的时间为6h。
10.在本发明中，所述溶剂包括n,n-二甲基甲酰胺和。本发明优选将反应产物洗涤后，先加入n,n-二甲基甲酰胺，再加入。
11.在本发明中，所述银纳米线和多巴胺的质量比为14:1～10。具体实施例中，每组银纳米线的用量为0.14g；银纳米线的质量和多巴胺的质量比为14:1；或14:2；或14:4；或14:6；或14:8；或14:10。
12.所述调节ph值采用三羟甲基氨基甲烷；所述三羟甲基氨基甲烷和多巴胺的质量比
为2:(1～10)。具体实施例中，三羟甲基氨基甲烷的质量和多巴胺的质量比2:1；或1:2；或2:4；或2:6；或2:8；或2:10。
13.在本发明中，所述氢氧化钾溶液的浓度为0.9～1.1mol/l。所述氢氧化钾溶液刻蚀掉银纳米线表面的聚多巴胺，让银纳米线暴露出来。具体实施例中，所述氢氧化钾溶液的浓度为1mol/l。
14.在本发明中，所述浸泡的时间为2.5～3.5min。
15.在本发明中，有序的纳米线薄膜中纳米线的间距为8～50nm。具体实施例中，有序的纳米线薄膜中纳米线的间距为8nm、15nm、24nm、35nm、42nm和50nm。
16.本发明提供了一种对有序排列的纳米线的间距调控的方法，包括以下步骤：制备尺寸均一的银纳米线，洗涤，分散后调节ph值，再加入多巴胺，反应，得到的反应产物洗涤，超声分散在溶剂中，利用langmuir-blodgett组装方法组装得到有序的纳米线薄膜，再浸泡在氢氧化钾溶液中，取出。该方法能够做到调控微观尺度下纳米材料之间的间距并能大规模制备。
附图说明
17.图1为本发明实施例中银纳米线的xrd谱图；
18.图2为本发明实施例中银纳米线的透射电子显微镜图；
19.图3为银纳米表面包裹多巴胺的透射图(6号瓶)；
20.图4为调控包裹不同厚度的聚多巴胺得到有均匀间距的有序银纳米线透射电子显微镜图；
21.图5为利用langmuir-blodgett技术将包覆好的银纳米线组装好后转移到碳纸上的照片示意图；
22.图6为不同间距的有序银纳米线的二氧化碳电催化还原一氧化碳的法拉第效率测试曲线。
具体实施方式
23.为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种对有序排列的纳米线的间距的调控方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
24.实施例1
25.1、银纳米线的合成
26.称取2.93克聚乙烯吡咯烷酮(分子量约等于30000)加入250毫升的三口烧瓶中，然后加入95毫升丙三醇，搅拌并加热到100℃，使聚乙烯吡咯烷酮完全溶解，然后降温至室温。再向瓶中加入0.79克硝酸银，然后称取29.5毫克氯化钠先溶解到0.25毫升去离子水和5毫升甘油中，然后再加入烧瓶中。加热并搅拌使溶液升温至210℃，然后停止加热，加入100毫升的去离子水，冷却后离心得到银纳米线。
27.2、聚多巴胺包覆银纳米线
28.取6份10毫升的银纳米线，用去离子水离心洗涤2次后分散在20毫升的去离子水中，然后将6份银纳米线分别加入6个锥形瓶中并将锥形瓶依次编号。再向每个锥形瓶中加入0.5毫升的三羟甲基氨基甲烷溶液(20毫克溶解在0.5毫升的去离子水中)，然后按照锥形
瓶的编号加入不同含量的多巴胺，向1号瓶中加入10毫克的多巴胺，2号瓶中加入20毫克的多巴胺，3号瓶中加入40毫克的多巴胺，4号瓶中加入60毫克的多巴胺，5号瓶加入80毫克的多巴胺，6号瓶中加入100毫克的多巴胺，所有的多巴胺都是先溶解在0.5毫升的去离子水中再加入锥形瓶。摇晃均匀，然后在室温下反应6小时。
29.3、组装及刻蚀
30.待上述反应结束后，取编号1的锥形瓶中5毫升纳米线溶液用去离子水离心洗涤一遍，然后加入1毫升n,n-二甲基甲酰胺，接着震荡超声处理让纳米线在n,n-二甲基甲酰胺中分散开，然后加入1毫升再摇晃均匀。接着向lb仪中注入去离子水，再将分散好的纳米线滴到水面上，挤压纳米线至液面上的纳米线薄膜两侧出现褶皱，静置10分钟，然后再将纳米线薄膜分别转移到透射铜网和碳纸上。然后将透射铜网和碳纸浸入1摩尔每升氢氧化钾溶液中浸泡3分钟，然后取出。接着重复相同的操作把剩余锥形瓶中的纳米线制备成纳米线薄膜，得到的薄膜分别记作：纳米线薄膜-1、纳米线薄膜-2、纳米线薄膜-3、纳米线薄膜-4、纳米线薄膜-5和纳米线薄膜-6。
31.本发明对制得的纳米线薄膜进行性能测试，结果见图6，由图6可知：将调控的不同间距的银纳米线，能够作为二氧化碳电催化还原的还原剂。得到的催化还原产物中的一氧化碳所占总的催化还原产物中的比例(即法拉第效率)受到了纳米线间距的影响。
32.由以上实施例可知，本发明提供了一种对有序排列的纳米线的间距调控的方法，包括以下步骤：制备尺寸均一的银纳米线，洗涤，分散后调节ph值，再加入多巴胺，反应，得到的反应产物洗涤，超声分散在溶剂中，利用langmuir-blodgett组装方法组装得到有序的纳米线薄膜，再浸泡在氢氧化钾溶液中，取出。该方法能够做到调控微观尺度下纳米材料之间的间距并能大规模制备。
33.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种对有序排列的纳米线的间距调控的方法，包括以下步骤：制备尺寸均一的银纳米线，洗涤，分散后调节ph值，再加入多巴胺，反应，得到的反应产物洗涤，超声分散在溶剂中，利用langmuir-blodgett组装方法组装得到有序的纳米线薄膜，再浸泡在氢氧化钾溶液中，取出。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应的时间为5.5～6.5h。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶剂包括n,n-二甲基甲酰胺和。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述银纳米线和多巴胺的质量比为14：1～10。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调节ph值采用三羟甲基氨基甲烷；所述三羟甲基氨基甲烷和多巴胺的质量比为2:(1～10)。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氢氧化钾溶液的浓度为0.9～1.1mol/l。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浸泡的时间为2.5～3.5min。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，有序的纳米线薄膜中纳米线的间距为8～50nm。

技术总结

本发明提供了一种对有序排列的纳米线的间距调控的方法，包括以下步骤：制备尺寸均一的银纳米线，洗涤，分散后调节pH值，再加入多巴胺，反应，得到的反应产物洗涤，超声分散在溶剂中，利用Langmuir-Blodgett组装方法组装得到有序的纳米线薄膜，再浸泡在氢氧化钾溶液中，取出。该方法能够做到调控微观尺度下纳米材料之间的间距并能大规模制备。之间的间距并能大规模制备。