【摘要】 由于银纳米结构的降解是由于银原子在其表面上的氧化引起的，因此了解银纳米结构相对于其周围结构的表面状态和费米能级是非常重要的。

虽然银纳米结构如纳米颗粒、纳米线和纳米结构层在可见光区表现出最强的等离子体效应，1,2)它们的稳定性还没有得到很好的研究。银纳米颗粒悬浮在明胶中，在空气中的卤化银(AgX)感光胶片中相当稳定。1)据估计，在最近研制的 AgX 感光胶片中，银纳米颗粒将稳定超过500年。3)这种巨大的稳定性差异促使本文作者从基本方面研究银纳米结构的稳定性，以寻求一种指导原则，使其稳定在环境大气中的各种设备中。

 

由于银纳米结构的降解是由于银原子在其表面上的氧化引起的，因此了解银纳米结构相对于其周围结构的表面状态和费米能级是非常重要的。如前文所述，4)在包括银在内的贵金属表面观察到大量的碳，表明贵金属表面覆盖有来自空气的污染有机层。Ag (58.9%)、 C (23.7%)和 O (17.5%)是在放置于空气中10天的 Ag 薄层表面观察到的主要元素(存在部分)

 

图1说明了多晶 Ag，Au 和 Pt 层在真空和环境大气中的功函数。4)虽然这些金属在真空中的功函数彼此之间差别很大，但在环境大气中的功函数几乎相同。考虑到这些金属在空气中被污染的有机层覆盖，我们认为每种金属的费米能级与污染层的费米能级的均衡是由于它们之间的电子转移，就像在金属和有机半导体之间的界面上经常观察到的那样，这种现象可以被认为是金属的费米能级与污染层的费米能级的固定，尽管需要进一步的检验来确认这种现象是否是所谓的费米能级固定。为了达到图1中的平衡条件，电子应该从一个薄的 Ag 层移动到它上面的污染有机层，因为真空中 Ag 层的费米水平高于空气中的污染层，当 Ag 层暴露于空气中时，应该进一步通过推回效应来提高费米水平。也就是说，我们认为银层表面的一些银原子在空气中被氧化形成了银离子，而它们表面的金和铂原子几乎没有被氧化。

 

图1插图显示贵金属层与来自空气的活性气体污染有机层之间界面的电子结构。电子结构是基于纯金属在超高真空中的功函数和在玻璃板上制备后暴露于空气中的薄层功函数

 

用于 AgX 照相胶片的典型银纳米粒子是潜影像中心，是发展起来的银纳米粒子。潜像中心非常小，最小的一个是由四个银原子组成。虽然如图1所示，银纳米颗粒表面的部分氧化是造成潜影像中心降解的原因，但它本身并不是造成照相胶片中显影的银纳米颗粒降解的原因，因为银纳米颗粒比潜影像中心大得多，直径大多为数百纳米。

 

银纳米粒子表面出现银离子的部分氧化，在一定条件下会导致粒子的降解。当银纳米粒子悬浮在摄影胶片的明胶中时，表面的银离子会离开明胶，迁移到很远的地方，形成新的纳米粒子。当这些过程继续在环境大气中进行时，它们会导致原始纳米颗粒的降解。

 

本文遵循费米能级低于环境费米能级时银纳米结构稳定的指导原则。Ag 薄层的费米能级下降是由于某些有机化合物(包括感光材料和 AgI 单分子层)的自组装单分子膜(SAMs)的形成，以及介电层的形成所致，介电层的正电荷比负电荷更接近 Ag 薄层。考虑进一步的检查需要实现上述指导原则的个别装置。

 

1.Tani T, Kan R, Yamano Y, et al. Stabilization of Ag nanostructures by tuning their Fermi levels[J]. Japanese Journal of Applied Physics, 2018, 57(5): 055001.