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研究生： 馬士元
Ma, Shih-Yuan
論文名稱： 新型可溶於水之銅奈米發光團簇與金奈米發光團簇之合成、應用與性質探討
Water-soluble fluorescent copper and gold nanoparticles: Synthesis, Characterization and Application
指導教授： 葉怡均
Yeh, Yi-Chun
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 化學系
Department of Chemistry
論文出版年： 2015
畢業學年度： 103
語文別： 中文
論文頁數： 76
中文關鍵詞： 改良式Brust-Schiffrin單相合成方法 、銅奈米團簇 、金奈米團簇 、二價錳離子 、pH值
英文關鍵詞： Modified Brust-Schiffrin method, copper nanoparticles, gold nanoparticles, manganese ion, pH value
論文種類： 學術論文
相關次數： 點閱：126  下載：9 
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    • 本研究利用改良式的Brust-Schiffrin單相合成方法，以組胺酸及3-巰基丙酸做為保護試劑及還原試劑，製作出對二價錳離子具有良好線性關係良好及偵測範圍廣的銅奈米團簇感測器。並以相同之金屬奈米團簇合成方法，合成出以組胺酸及6-巰基己酸為保護試劑的金奈米團簇，因為其保護試劑的改變，使金奈米團簇對水溶液酸鹼值具有靈敏性，成為具有良好線性關係的水溶液酸鹼值檢測器。本研究使用紫外/可見光光譜儀、螢光光譜儀、高解析穿透式電子顯微鏡、高解析電子能譜儀、時差式螢光光譜儀及動態式熱中分析儀對其作性質鑑定。實驗結果除了證明成功制備出銅奈米團簇及金奈米團簇外，亦證明兩種金屬團簇對二價錳離子與水溶液酸鹼值有良好的線性關係，並於室溫下十分穩定。希望此檢測機制可以同樣應用於其他簡單的有機物、重金屬或是毒化物。

    This study reports a modified Brust-Schiffrin method for the synthesis of the fluorescent copper nanoparticles stabilized by histidine and 3-mercaptopropionic acid. The fluorescence of Cu nanoparticles was shown to decrease with an increase in concentration of manganese ion with a high correlation coefficient. Then we use the same method for the synthesis of the gold nanoparticles stabilize by histidine and 6-mercaptohexanoic acid. The resulting gold nanoparticles were applied for the detection of pH value in aqueous solution with a high correlation coefficient. UV/Visible spectroscopy, fluorescence spectrophotometer, high-resolution transmission electron microscopy, high-resolution X-ray photoelectron spectrometer, time-resolved photoelectron spectroscopy and dynamic thermal gravity analyzer were used to investigate the physical and chemical properties. The results demonstrated that we did make the copper and gold nanoparticles successfully. In addition, two kinds of nanoparticles can be applied for the detection of manganese ion concentration and pH value in aqueous solution, respectively. Therefore, this work can be applied for the of environmental samples as new analytical probes.

    圖目錄 VIII 摘要 XI Abstract XII I. 銅奈米團簇 1 第1章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 奈米材料的特性與效應 1 1.2.1 表面效應(surface effect) 1 1.2.2 量子尺寸效應(quantum size effect) 2 1.2.3 小尺寸效應(small size effect) 2 1.3 銅奈米團簇的發展與應用 2 1.4 銅奈米團簇的製備方法 2 1.4.1 Template-based synthesis 3 1.4.2 Electrochemical synthesis method 3 1.4.3 Water-in-oil (w/o) microemulsion technique 5 1.4.4 Modified Brust-Schiffrin method 5 1.4.5 Microwave-assisted polyol synthesis 6 1.5 研究動機與目標 7 第2章 實驗 9 2.1 實驗藥品 9 2.2 實驗儀器 11 2.2.1 紫外/可見光光譜儀 (UV/Visible Spectroscopy) 11 2.2.2 螢光光譜儀 (Fluorescence Spectrophotometer) 11 2.2.3 高解析穿透式電子顯微鏡 (High-resolution transmission electron microscopy) 11 2.2.4 高解析電子能譜儀 (High resolution X-ray Photoelectron Spectrometer) 12 2.2.5 時差式螢光光譜儀 (time-resolved photoelectron spectroscopy) 12 2.2.6 動態式熱重分析儀 (Dynamic Thermal Gravity Analyzer) 13 2.3 實驗方法 13 2.3.1 一般實驗處理 13 2.3.2 銅奈米團簇製備 13 2.3.3 最佳化 14 2.3.4 專一性 14 2.3.5 干擾性 15 2.3.6 穩定性 15 2.3.7 酸鹼環境的影響 16 2.3.8 最低偵測極限 16 第3章 實驗結果與討論 17 3.1 銅奈米團簇光學特性及合成條件最佳化 17 3.1.1 光學特性 17 3.1.2 銅離子濃度改變對螢光強度的影響 20 3.1.3 組胺酸濃度改變對螢光強度的影響 21 3.1.4 3-巰基丙酸濃度改變對螢光強度的影響 22 3.1.5 合成溫度對螢光強度的影響 23 3.1.6 合成時間對螢光強度的影響 24 3.2 銅奈米團簇性質 25 3.2.1 電子顯微鏡影像 25 3.2.2 電子能譜圖 27 3.2.3 螢光生命週期 28 3.2.4 熱重分析 30 3.3 銅奈米團簇的專一性及干擾性 31 3.3.1 專一性 31 3.3.2 干擾性 34 3.4 銅奈米團簇的穩定性 35 3.4.1 室溫下的穩定性 35 3.4.2 不同酸鹼值得穩定性 36 第4章 結論 37 II. 金奈米團簇 38 第5章 緒論 38 5.1 金奈米團簇的發展與應用 38 5.2 金奈米團簇的製備方法 39 5.2.1 Modified Brust–Schiffrin methods 39 5.2.2 Template-based synthesis methods 39 5.2.3 Phosphine-capped metal nanoclusters 40 5.2.4 Ligand-exchange reactions from phosphine-stabilized metal clusters 40 5.2.5 Precursor- or ligand-induced etching of metal nanoparticles 41 5.2.6 Microemulsion methods 42 5.2.7 Electrochemical synthesis 43 5.2.8 Microwave-assisted synthesis 43 5.2.9 DMF-based reduction methods 43 5.2.10 Solid state route 44 5.3 研究動機與目標 44 第6章 實驗 46 6.1 實驗藥品 46 6.2 實驗儀器 47 6.2.1 紫外/可見光光譜儀 (UV/Visible Spectroscopy) 47 6.2.2 螢光光譜儀 (Fluorescence Spectrophotometer) 47 6.2.3 高解析穿透式電子顯微鏡 (High-resolution transmission electron microscopy) 47 6.2.4 高解析電子能譜儀 (High resolution X-ray Photoelectron Spectrometer) 48 6.2.5 時差式螢光光譜儀 (time-resolved photoelectron spectroscopy) 48 6.3 實驗方法 49 6.3.1 一般實驗處理 49 6.3.2 金奈米團簇製備 49 6.3.3 最佳化 49 6.3.4 酸鹼環境對金奈米團簇的影響 50 6.3.5 金奈米團簇感測系統的可逆性實驗 51 6.3.6 穩定性 51 第7章 實驗結果與討論 52 7.1 金奈米團簇光學特性及合成條件最佳化 52 7.1.1 光學特性 52 7.1.2 金離子濃度改變對螢光強度的影響 56 7.1.3 組胺酸濃度改變對螢光強度的影響 57 7.1.4 6-巰基己酸濃度改變對螢光強度的影響 58 7.1.5 合成溫度對螢光強度的影響 59 7.1.6 合成時間對螢光強度的影響 60 7.2 金奈米團簇性質 60 7.2.1 電子顯微鏡影像 61 7.2.2 電子能譜 63 7.2.3 螢光生命週期 65 7.3 酸鹼環境對金奈米團簇的影響 67 7.3.1 伯瑞坦-羅賓森緩衝溶液(Britton-Robinson buffer)系統 67 7.3.2 鹽酸及氫氧化鈉水溶液調整酸鹼值 69 7.3.3 金奈米團簇感測系統的可逆性 72 7.4 金奈米團簇於室溫下的穩定性 73 第8章 結論 74 參考文獻 75

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