CN101219480A - 一种聚丙烯酸水热合成纳米金的方法 - Google Patents

Abstract

一种聚丙烯酸水热合成纳米金的方法，涉及一种纳米金。提供一种操作工艺简单易行、原料容易获得、成本低廉、适用于大规模工业化生产，还可通过实验条件的改变得到不同大小和形状的金纳米颗粒或者金纳米片，生产过程对环境无污染，符合倡导的“绿色化学”要求的聚丙烯酸水热合成纳米金的方法。在水中加入聚合物，搅拌溶解；待聚合物完全溶解后加入氯金酸，搅拌，得反应前驱体溶液；将反应前驱体溶液倒入聚四氟乙烯内衬，并装入高压釜内，密封后反应；将反应体系冷却至室温，离心使所合成的金纳米粒子与聚合物分离，然后用乙醇清洗，即得纳米金。所得纳米金一般包括金纳米颗粒或/和金纳米片。

Description

一种聚丙烯酸水热合成纳米金的方法

技术领域

本发明涉及一种纳米金，尤其是涉及一种利用聚丙烯酸水热法合成金纳米粒子和金纳米片的方法。

背景技术

由于纳米金具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应等，使其具有不同于本体金的许多独特性质，如光学性质、催化性质和化学反应活性等，在许多领域有广泛的应用前景。目前纳米金的制备方法主要有：氧化还原法、光化学法、模板法、种金生长法和电化学还原法等。聚丙烯酸(PAA)是一类重要的水溶性聚合物，有许多优异的物理和化学性质：1)粘度大；2)耐热性好；3)水合性强；4)能封闭微量金属离子；5)机械稳定性好；6)对蛋白质粘附力强；7)乳化分散稳定性好。由于聚丙烯酸的这些特性，使其在涂料、造纸、纺织、采油、采矿、冶金、食品、医药、化妆品、土建和水处理等工业中均有广泛应用。研究发现，聚丙烯酸不仅具有还原性，而且链上的功能基团还能与金属离子相互作用，可作为金属离子的包裹剂。因此，聚丙烯酸也用于制备贵金属。Boris G..Ershov(参见文献：Boris G..Ershov，Amim Henglein，J.Phys.Chem.B，1998，102，10663-10666)采用聚丙烯酸及聚丙烯酸钠，在γ射线照射下还原AgN0₃；Huber(参见文献：Klaus Huber，Thomas Witte，Jutta Hollman，SusanneKeuker-Baumann，J.AM.CHEM.SOC，2007，129，1089-1094)采用光化学法，在紫外灯照射下，利用聚丙烯酸钠将Ag⁺还原成银纳米颗粒。但是用这些方法得到的金属纳米粒子的大小和形状都不易控制，且粒径分布较宽。

水热合成是近年来新兴的制备纳米粒子的方法。水热法，又名热液法，是指在密封压力容器中，以水为溶剂，在高温(＞100℃)、高压(＞9.81Mpa)的条件下，研究、加工材料的方法。水热法最早是在地质学领域开展基础研究，1905年以后转向功能材料的研究。采用水热法制备纳米材料则是在近几年才发展起来的(参见专利：水热合成系列花状氧化锌微米/纳米结构的方法，申请号：200610117564.9，公开号：1944708A)。与其他制备方法相比，水热法制备技术有如下特点：1)反应在高温高压下进行，反应速度较快且有可能实现在常规条件下不能进行的反应；2)改变水热反应环境(pH值、原料配比等)，可得到不同结构和形状的纳米粒子；3)通过控制水热反应条件(前驱物形式、反应温度、反应时间等)，可得到不同粒径的产物。水热法制得的纳米粒子纯度高、粒径分布窄、分散性好、团聚程度低、晶型好、成分纯净，并且由于水热制备过程污染小、成本低、适用于产业化生产，其发展前景广阔。

发明内容

本发明的目的在于提供一种操作工艺简单易行、原料容易获得、成本低廉、适用于大规模工业化生产，还可通过实验条件的改变得到不同大小和形状的金纳米颗粒或者金纳米片，生产过程对环境无污染，符合倡导的“绿色化学”要求的聚丙烯酸水热合成纳米金的方法。

本发明的技术方案是以聚丙烯酸为还原剂和包裹剂，采用水热法合成纳米金。

本发明包括以下步骤：

4)在水中加入聚合物，搅拌溶解；

5)待聚合物完全溶解后加入氯金酸，搅拌，得反应前驱体溶液；

6)将反应前驱体溶液倒入聚四氟乙烯内衬，并装入高压釜内，密封后反应；

4)将反应体系冷却至室温，离心使所合成的金纳米粒子与聚合物分离，然后用乙醇清洗，即得纳米金。所得纳米金一般包括金纳米颗粒或/和金纳米片。

所述的聚合物为聚丙烯酸或/和聚丙烯酸钠，聚合物的分子量为25000～240000，按质量比，聚丙烯酸钠∶聚丙烯酸最好为1∶(1～10)。氯金酸浓度最好为0.01～0.03 M。按摩尔比，氯金酸∶聚合物最好为1∶(50～500)。

所述的密封后反应的温度最好为100～200℃，反应的时间最好为40min～4h。

与现有的合成方法相比，本发明的突出优点是：

1)本发明所采用的聚合物是聚丙烯酸或/和聚丙烯酸钠，原料成本低、容易获得、生物相容性好、对环境无害；

2)本发明通过对合成条件的控制能得到金纳米颗粒或/和金纳米片；

3)本发明利用水热合成法制得的金纳米颗粒分散性好，形状均一，粒径分布窄，团聚程度低，稳定性好；

4)本发明所采用的合成方法工艺简单，得到的产物易于分离、清洗、保存。

附图说明

图1为实施例1制备的金纳米粒子的紫外-可见吸收谱图。在图1中，横坐标为波长(nm)，纵坐标为吸光度；最大吸收峰为575nm。

图2为实施例2制备的金纳米片的透射电镜图片。在图2中，标尺为200nm。

图3为实施例3制备的金纳米粒子的粒径分布图。在图3中，横坐标为粒径(nm)，纵坐标为强度(％)；平均粒径为100nm，多分散系数为0.282。

图4为实施例4制备的金纳米片的扫描电镜图片。在图4中，标尺为1μm。

图5为实施例5制备的金纳米颗粒的扫描电镜图片。在图5中，标尺为200nm。

具体实施方式

实施例1

取0.036 g聚丙烯酸(分子量为25000)，溶于27mL水中，搅拌均匀；加入3mL氯金酸溶液(0.01 M)，搅拌10min，得反应前驱体溶液；将反应前驱体溶液倒入聚四氟乙烯内衬，并装入高压釜内。密封后置于180℃烘箱内反应4h；将反应体系冷却至室温。离心使所合成的金纳米粒子与聚丙烯酸分离，再用乙醇清洗三次。得到的金纳米颗粒粒径约为250nm。

实施例2

取0.144g聚丙烯酸钠(分子量为100000)，溶于28mL水中，搅拌均匀；加入2mL氯金酸溶液(0.01 M)，搅拌10min，得反应前驱体溶液；将反应前驱体溶液倒入聚四氟乙烯内衬，并装入高压釜内。密封后置于140℃烘箱内4h；将反应体系冷却至室温。离心使所合成的金纳米粒子与聚丙烯酸钠分离，再用乙醇清洗三次。得到的金纳米颗粒粒径为150nm，得到的金纳米片大小为400nm，厚度为30nm。

实施例3

取0.072g聚丙烯酸(分子量为240000)，溶于29mL水中，搅拌均匀；加入1mL氯金酸溶液(0.01M)，搅拌10min，得反应前驱体溶液；将反应前驱体溶液倒入聚四氟乙烯内衬，并装入高压釜内。密封后置于200℃烘箱内40min；将反应体系冷却至室温。离心使所合成的金纳米粒子与聚丙烯酸分离，再用乙醇清洗三次。得到的金纳米颗粒粒径为100nm。

实施例4

取0.108g聚丙烯酸钠(分子量为50000)，溶于27mL水中，搅拌均匀；加入3mL氯金酸溶液(0.01 M)，搅拌10min，得反应前驱体溶液；将反应前驱体溶液倒入聚四氟乙烯内衬，并装入高压釜内。密封后置于120℃烘箱内4h；将反应体系冷却至室温。离心使所合成的金纳米粒子与聚丙烯酸钠分离，再用乙醇清洗三次。得到的金纳米片大小为1.5μm，厚度为80nm。

实施例5

分别取0.18g聚丙烯酸和0.18g聚丙烯酸钠，溶于29mL水中，搅拌均匀；加入1mL氯金酸溶液(0.01 M)，搅拌10min，得反应前驱体溶液；将反应前驱体溶液倒入聚四氟乙烯内衬，并装入高压釜内。密封后置于120℃烘箱内1h；将反应体系冷却至室温。离心使所合成的金纳米粒子与聚合物分离，再用乙醇清洗三次。得到的纳米金颗粒粒径为200nm。

Claims (7)

1.一种聚丙烯酸水热合成纳米金的方法，其特征在于包括以下步骤：

1)在水中加入聚合物，搅拌溶解；

2)待聚合物完全溶解后加入氯金酸，搅拌，得反应前驱体溶液；

3)将反应前驱体溶液倒入聚四氟乙烯内衬，并装入高压釜内，密封后反应；

4)将反应体系冷却至室温，离心使所合成的金纳米粒子与聚合物分离，然后用乙醇清洗，即得纳米金。

2.如权利要求1所述的一种聚丙烯酸水热合成纳米金的方法，其特征在于所述的聚合物为聚丙烯酸或/和聚丙烯酸钠。

3.如权利要求1或2所述的一种聚丙烯酸水热合成纳米金的方法，其特征在于聚合物的分子量为25000～240000。

4.如权利要求1或2所述的一种聚丙烯酸水热合成纳米金的方法，其特征在于按质量比，聚丙烯酸钠∶聚丙烯酸为1∶1～10。

5.如权利要求1所述的一种聚丙烯酸水热合成纳米金的方法，其特征在于氯金酸浓度为0.01～0.03 M。

6.如权利要求1所述的一种聚丙烯酸水热合成纳米金的方法，其特征在于按摩尔比，氯金酸∶聚合物为1∶50～500。

7.如权利要求1所述的一种聚丙烯酸水热合成纳米金的方法，其特征在于所述的密封后反应的温度为100～200℃，反应的时间为40min～4h。

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