一种高产率金纳米三角片的快速制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种高产率金纳米三角片的快速制备方法，在阳离子表面活性剂氯化季铵盐溶液中，加入四氯金酸溶液和可溶性碘离子溶液，用抗坏血酸为还原剂，加入碱溶液调节酸碱度来诱导金纳米三角片的生长。本发明所述的合成金纳米三角片的方法可在很短的时间完成(大约8分钟)，而使用种子生长法为基础的金纳米三角片的合成，通常合成步骤繁琐，条件不易控制，重复性差，且需要3至4小时才能完成金纳米三角片的完全生长。因此本方法不仅大大缩短了金纳米三角片的合成时间，而且所得到的金纳米片产率和形貌均一性都得到了提高，并且尺寸可调，为金纳米片的广泛应用提供了基础。
【专利说明】一种高产率金纳米三角片的快速制备方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及纳米材料【技术领域】,尤其涉及一种高产率金纳米三角片的快速制备方法。
【背景技术】
[0002]当材料的尺寸缩小到100纳米以下时，由于量子效应、小尺寸效应及表面效应等的出现，纳米材料会在力学、光学、磁学等诸多方面呈现与体相材料截然不同的优异性能。例如，对于金、银纳米材料来说，由于其具有非常优异的表面等离子共振(Surface pIasmonresonance, SPR)性质，因而在催化、信息存储、纳米医学、生物传感、光热技术以及成像增强等领域展现出了巨大的应用潜力。研究表明，贵金属纳米材料的SPR效应和金属材料本身的形貌以及尺寸密切相关，如何实现贵金属纳米材料的可控合成是实现其应用的关键。在过去的几十年中，虽然人们已经发展出多种制备贵金属纳米颗粒的方法，但是仍有许多问题亟待解决，例如合成机理不清楚、产率较低、重复性差、无法大规模合成等，这些问题严重地制约了纳米材料的大规模应用。作为最常见的贵金属，金纳米材料的合成和应用一直受到了极大的关注，到目前为止，人们已经可以制备出不同形貌的金纳米颗粒，例如金纳米棒，金纳米线，金纳米带，金纳米立方，金纳米片等。其中金纳米三角片是十分典型的二维结构，因其三个顶点处很强的SPR效应而受到了极大的关注。在过去的十几年的时间内，人们一直致力于金纳米片的合成和应用的研究，目前已经发展出多种合成方法来制备金纳米三角片。2004年,Murali Sastry基于生物法通过朽1檬草提取物还原氯金酸盐制备出了三角片形状的金纳米颗粒。随后，Mirkin课题组使用种子诱导生长法合成了形状均一的金纳米三角片，并且实现了金纳米三角片的尺寸调控。随后又逐渐发展了电化学、水热以及光催化方法合成金纳米三角片。但是这些合成方法得到的金纳米三角片普遍尺寸较大(大于10nm)且产率较低(低于40)。2014年，Luis M.Liz-Marzcin课题组通过将改良的种子诱导生长法制得的产物提纯得到了较高产率且尺寸均一的金纳米三角片，但是未经提纯的产物中仍然有大量的不规则形状的纳米颗粒形成，而且种子合成法还存在步骤繁琐，实验重复性和可控性差、耗时长等缺点，因此发展出一种高效快速的合成方法是实现三角形金纳米片的实际应用的基础。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种大大缩短金纳米三角片合成时间，且提高金纳米三角片产率的快速制备金纳米三角片的方法。
[0004]为达此技术目的，本发明采用的技术方案是:
[0005]一种高产率金纳米三角片的快速制备方法，在阳离子表面活性剂氯化季铵盐溶液中，加入四氯金酸溶液和可溶性碘离子溶液，用抗坏血酸为还原剂，加入碱溶液调节酸碱度来诱导金纳米三角片的生长。
[0006]所述酸碱度的调节为调节pH值为7?8。
[0007]本发明的快速制备方法，优选的，具体步骤包括:
[0008](I)配制生长溶液:在阳离子表面活性剂氯化季铵盐溶液中，依次加入四氯金酸溶液、可溶性碘离子溶液和碱溶液，摇晃使其混合均匀，制成生长溶液；
[0009](2)金纳米三角片的生长:在步骤(I)所述的生长溶液中加入抗坏血酸溶液，待溶液由淡黄色变至无色后，再加入碱溶液，调节PH值为7?8，手动摇晃1-2秒，静置。
[0010]上述氯化季铵盐优选为十六烷基三甲基氯化铵。
[0011 ] 上述可溶性碘离子溶液优选为碘化钾溶液或碘化钠溶液。
[0012]上述碱溶液优选为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。
[0013]根据本发明的一个【具体实施方式】，本发明的快速制备方法的一种最优选的步骤包括:
[0014](I)移取1.6mL、0.1M的十六烷基三甲基氯化铵溶液于8mL的超纯水中，依次加入80 μ L、25.4mM的四氯金酸溶液，75 μ L、0.0lM的碘化钾溶液，紧接着加入20.3 μ L、0.1M的氢氧化钠溶液，摇晃使其混合均匀，制成生长溶液；
[0015](2)在生长溶液中加入100μ L、64mM的抗坏血酸溶液，摇晃至反应均匀，得到无色透明溶液；再加入5μ L、0.1M的氢氧化钠溶液,手动均匀摇晃1-2秒,然后将其静置。
[0016]在上述方法的基础上，本发明制备得到了高产率的金纳米三角片产品。其中金纳米三角片产率高，可达90%以上，其中球形颗粒含量少，少于10%。本方法可以通过调节抗坏血酸的量和酸碱度的调节来控制得到不同尺寸的金纳米三角片，调节尺寸在40-120nm之间，每次制备得到的金纳米三角片的尺寸均一性良好。
[0017]本发明的技术效果为:
[0018]本发明的快速制备金纳米三角片的方法，采用一步生长法，使用阳离子表面活性剂氯化季铵盐作为保护剂，在四氯金酸溶液中，通过碘离子的辅助作用，以抗坏血酸为还原齐U，通过加入碱溶液调节溶液PH值，诱导金纳米片快速合成。和传统的合成方法相比，本发明所述的合成金纳米三角片的方法可在很短的时间完成(大约8分钟)，而使用种子生长法为基础的金纳米三角片的合成，通常合成步骤繁琐，条件不易控制，重复性差，且需要3至4小时才能完成金纳米三角片的完全生长。因此本方法不仅大大缩短了金纳米三角片的合成时间，而且所得到的金纳米片产率和形貌均一性都得到了提高，并且尺寸可调，为金纳米片的广泛应用提供了基础。
[0019]上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是本发明的快速制备金纳米三角片的方法过程示意图；
[0021]图2是本发明实施例1的金纳米三角片在生长过程中的紫外吸收光谱图；
[0022]图3是本发明实施例2制备的不同尺寸的金纳米三角片的紫外可见吸收光谱图；
[0023]图4分别是本发明实施例2制备的不同尺寸的金纳米三角片的透射电子显微镜图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0025]参见图1，本发明的高产率金纳米三角片的快速制备方法，是使用阳离子表面活性剂氯化季铵盐作为保护剂，在四氯金酸溶液中，通过碘离子的辅助作用，加入抗坏血酸将三价金离子还原成一价金离子。最后通过碱溶液快速诱导金纳米三角片的生长。和传统的合成方法相比，本发明所述的方法只需要约8分钟的时间即可完成金纳米三角片的合成，不仅大大缩短了金纳米三角片的合成时间，为金纳米三角片的实际应用提供了物质基础，而且所得到的金纳米三角片产率高，球状颗粒少。该方法合成时间短，易实施，具有重大的产业应用价值。可通过调节抗坏血酸和酸碱度的值来调节得到的金纳米三角片的大小尺寸，具体实施例为:
[0026]实施例1
[0027]在本实施例中，氯化季铵盐为十六烷基三甲基氯化铵，可溶性碘离子溶液为碘化钾溶液，碱溶液为氢氧化钠溶液。步骤为:
[0028](I)移取1.6mL(0.1M)阳离子表面活性剂氯化季铵盐于8mL的超纯水中，力口Λ 80 μ L(25.4mM)四氯金酸溶液，随后加入75 μ L(0.01M)的碘化钾溶液，紧接着加入20.3μ L(0.1M)氢氧化钠溶液,摇晃至混合均匀。
[0029](2)在步骤(I)所得到的溶液中加入100μ L(64mM)还原剂抗坏血酸溶液，摇晃至反应均匀,得到无色透明溶液。紧接着加入5μ L(0.1M)氢氧化钠溶液,摇晃I?2秒使其均匀，随后静置待其反应。
[0030]采用本实施例的金纳米三角片合成方法制备的金纳米三角片在CTAC中的生长变化如图2所示，可以看出，在前2?3分钟，金纳米片迅速生长，而在随后的时间里生长速度逐渐减缓，最终在约8分钟反应到达终点，得到90%产率的金纳米三角片。
[0031]注:上述括号中的浓度为加入溶液的溶度。
[0032]实施例2:
[0033]本实施例中，通过调节64mM的抗坏血酸的量在60 μ L?160 μ L之间，以及减少诱导反应所需0.1M的碱的量在10 μ L?5 μ L之间，调控得到不同尺寸的金纳米三角片。
[0034]图3是本实施例制备的不同尺寸的金纳米三角片的紫外可见吸收光谱对比图。从图3可以看出，具有不同尺寸的金纳米三角片特征等离子体共振峰为620nm到700nm不等，表明金纳米片的尺寸决定其SPR性质。图4a-4f分别是本实施例制备的不同尺寸的金纳米三角片的透射电子显微镜图。
[0035]结合上述实施例可以看出，本发明的高产率金纳米三角片的快速制备方法，整个合成过程只需约8分钟的时间，和传统合成方法相比，不但极大地缩短了合成时间，而且有效地提高了金纳米片的产率，为金纳米片的实际应用提供了物质基础。
[0036]以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种高产率金纳米三角片的快速制备方法，其特征在于:在阳离子表面活性剂氯化季铵盐溶液中，加入四氯金酸溶液和可溶性碘离子溶液，用抗坏血酸为还原剂，加入碱溶液调节酸碱度来诱导金纳米三角片的生长。
2.根据权利要求1所述的快速制备方法，其特征在于:所述调节酸碱度为调节pH值为7?8。
3.根据权利要求1或2所述的快速制备方法，其特征在于:包括步骤: (1)配制生长溶液:在阳离子表面活性剂氯化季铵盐溶液中，依次加入四氯金酸溶液、可溶性碘离子溶液和碱溶液，摇晃使其混合均匀，制成生长溶液； (2)金纳米三角片的生长:在步骤(I)所述的生长溶液中加入抗坏血酸溶液，待溶液由淡黄色变至无色后，再加入碱溶液，调节PH值为7?8，手动摇晃1-2秒，静置。
4.根据权利要求1或2或3所述的快速制备方法，其特征在于:所述氯化季铵盐为十六烷基三甲基氯化铵。
5.根据权利要求1或2或3所述的快速制备方法，其特征在于:所述可溶性碘离子溶液为碘化钾溶液或碘化钠溶液。
6.根据权利要求1或2或3所述的快速制备方法，其特征在于:所述碱溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。
7.根据权利要求3所述的快速制备方法，其特征在于:包括步骤: (1)移取1.6mL、0.1M的十六烷基三甲基氯化铵溶液于8mL的超纯水中，依次加入80 μ L、25.4mM的四氯金酸溶液，75 μ L、0.0lM的碘化钾溶液，紧接着加入20.3 μ L、0.1M的氢氧化钠溶液，摇晃使其混合均匀，制成生长溶液； (2)在生长溶液中加入ΙΟΟμL、64mM的抗坏血酸溶液，摇晃至反应均匀，得到无色透明溶液；再加入5μ L、0.1M的氢氧化钠溶液,手动均匀摇晃1-2秒,然后将其静置。
8.权利要求1-7任一方法制备得到的金纳米二角片广品。
9.根据权利要求8所述的金纳米三角片产品，其特征在于:其中金纳米三角片的产率为90%以上，其中含球形颗粒少于10%。
10.根据权利要求8所述的金纳米三角片产品，其特征在于:其中金纳米三角片尺寸均一，尺寸在40-120nm之间。
【文档编号】B22F1/00GK104308179SQ201410546134
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月16日 优先权日:2014年10月16日
【发明者】张桥, 陈磊, 吉飞, 徐勇, 靡逸凡, 孙宝全, 叶兴晨, 张晓宏 申请人:苏州大学