硅纳米线(SiNWs)表面银纳米粒子改性原理介绍 

硅纳米线已开始在逻辑门和计数器、纳米传感器、场发射器件等领域取得了一定的应用。实验室大量制备的硅纳米线直径一般都在 20nm 左右，受小尺寸效应影响，表面原子比例随直径的减少急剧增大引起其性质的变化，由于硅纳米线表面原 子存在大量未饱和键，具有很强的表面活性，现已开始对其进行表面改性研究。当适当地对硅纳 米线表面进行其它元素修饰时，硅纳米线的物理、化学性质得到进一步的改进，能够广泛应用于 纳米器件中。本文对硅纳米线的表面改性影响其物理、化学性质的改进，以及改性的一些原理， 硅纳米线表面改性后的应用研究进行介绍。

硅纳米线表面银纳米粒子改性

Sun 等报道了采用激光烧蚀法制备硅纳米线，再用氢氟酸腐蚀表面 SiO2 层后，硅纳 米线表面被氢钝化，硅纳米线在用去离子水冲洗烘干后浸入硝酸银溶液 30s 后，通过透射电子显微镜(TEM)可以看到硅纳米线表面沉积了一层单质银(如图 2 所示)。研究表明用氢氟酸处理硅纳米线后，由于硅原子和氢原子的相互作用，纳米线表面生成了硅氢化合物。在硝酸银溶液中，Si― H 键和银离子相作用参与化学反应，并有 H2、单质银、SiO2 等产物生成。研究者认为反应过程与多孔硅和贵金属离子的反应相类似，其原理如下。

(1)银离子被硅纳米线表面的氢化物还原成单质银

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还进行了进一步的化学反应，银离子被进一步的还原并沉积在硅纳

米线外表面，同时溶液呈酸性

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

Sun 等[14]还对表面改性后的硅纳米线进行 X 射线吸收精细结构光谱(XAFS)测量。通过XAFS的探测能确认银究竟是存在于硅纳米线的外表面还是存在于晶核及其化合物中，这是因为总电子产额谱(TEY)收集的是电子信号，是从样品表面发出的，而荧光产额谱(FLY)收集的是声子信号， 从样品的内部发出。Si和Ag的 XAFS 研究提供了硅纳米线中Si和Ag的相互关系。

图 3 是对硅 纳米线(直径为 25nm)用 10%HF 处理表面氧化层后置于10-4mol/L 的硝酸银溶液中得到 Si 的 K 边XAFS 波谱简图，其中的插图是硅纳米线的 X 射线近边结构光谱(XANES)；从图 3(a)TEY 光谱 中可以看到未经 HF 处理的硅纳米线的硅氧峰(1848eV)很明显，并且 Si―O 峰比 Si―Si 峰弱，说明仅仅是样品表面参与了化学反应。经 HF 处理后硅氧峰(1848eV)消失，同时曲线的上升边斜率变得平缓说明氢在化学反应中起到了化学取代作用。当硅纳米线浸于硝酸银溶液中，图 3(a)中插图 XANES 谱线显示氧信号明显加强(共振线在 1853eV)，表明由于具有还原性的 Ag+ 和硅纳米线的表面作用使其表面再次氧化,并且被Ag+ 再次氧化的硅纳米线的氧化层比未经HF处理的硅纳米线要薄；从图 3(b)FLY 光谱中可以看到在整个过程中硅纳米线的内核一直保持单晶硅结构，其内部结构并未受化学反应的影响，这说明 Ag+ 仅仅是和硅纳米线的表面作用。

图 4 是通过对产品Ag 的 L3,2 边 TEY 进行进一步分析，Ag 的 L3,2 边 XANES 光谱是从内核的 2P3/2、2Py2的电子向高于费米能级的未占据的 d 和 s 轨道跃迁，从图中可以看到硅纳米线表面银是面心立方晶体，这就充分说明了硅纳米线的表面沉积的是单质金属银，而硅纳米线的内部结构并未受溶液中的 Ag+ 影响。

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以上资料来自文献汇编

齐岳生物小编zhn2021.02.25