CN102784928A - 一种氧化硅包银的核壳结构纳米颗粒的制备方法 - Google Patents

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胡彦杰
李春忠
石运礼
徐可心
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Abstract

本发明公开了一种氧化硅包银的核壳结构纳米颗粒的制备方法。该制备方法如下：将银的前驱体和硅的前驱体溶于无水乙醇中，配制成前驱体混合溶液。前驱体混合溶液经雾化后通入喷雾火焰燃烧器。银纳米颗粒在火焰中通过热解反应生成，并在其表面原位生成一层氧化硅壳层，最终形成氧化硅包银的核壳结构颗粒。采用本发明的方法可一步制备氧化硅包银核壳结构颗粒，且包覆均匀，银核无裸露且无针孔，简单快速，产品纯度高。

Description

一种氧化硅包银的核壳结构纳米颗粒的制备方法
技术领域
本发明涉及一种氧化硅包银的核壳结构纳米颗粒的制备方法，该核壳结构纳米颗粒可用于表面增强拉曼光谱中。
背景技术
银纳米颗粒由于其独特的等离子体效应，被广泛用于光学、催化、生物等领域，尤其是近几年被大量研究用于表面增强拉曼基底的制备中。做为拉曼增强基底检测分子时，由于银纳米颗粒本身的等离子体效应、催化效应等，被测分子与银纳米颗粒接触时，可能会产生不属于待测分子的拉曼特征峰，这对分子的定性定量检测有很大影响。2010年，田中群、王中林等提出了基于表面增强拉曼光谱（SERS）的一种新技术，即“壳层隔绝纳米粒子增强拉曼光谱(SHINERS)”，即将金纳米颗粒的表面均匀地包覆一层惰性的壳层（如氧化硅或氧化铝等），这种壳层隔绝的颗粒作为表面增强拉曼基底，见“Li, J. F.；Huang, Y. F.；Ding, Y.；Yang, Z. L.；Li, S. B.；Zhou, X. S.；Fan, F. R.；Zhang, W.；Zhou, Z. Y.；Wu, D. Y.；Ren, B.；Wang, Z. L.；Tian, Z. Q. Nature, 2010, 464, 392”。其壳层的作用之一就是阻止被测分子与内部的贵金属颗粒接触。因此，为了避免被测分子与银颗粒的接触，同样可以将银纳米颗粒的表面包覆一层这样的惰性壳层，而氧化硅是目前的最佳选择。
目前，制备氧化硅包覆银纳米颗粒的方法有液相包覆法、淬火环包覆法等。上述方法需要多步操作、控制条件多、需后处理等，这严重制约了其制备效率。喷雾燃烧法可一步制备氧化硅包银的核壳结构纳米颗粒，且具有操作简单，需控制条件少，产品纯度高等优点。
发明内容
本发明提供一种氧化硅包银的核壳结构纳米颗粒的制备方法，以克服现有技术的缺陷。
本发明的思路是这样的：将含银前驱体和含硅前驱体溶于无水乙醇中，配制成前驱体混合溶液。前驱体混合溶液经雾化后通入喷雾火焰燃烧器。银纳米颗粒在火焰中通过热解反应生成，并在其表面原位生成一层氧化硅壳层，最终形成氧化硅包银的核壳结构颗粒。该方法简单快速，可控条件少，操作简单。具体技术方案如下：
一种氧化硅包银的核壳结构纳米颗粒的制备方法，包括如下步骤：首先，将含银前驱体和含硅前驱体溶于无水乙醇中，配制成前驱体混合溶液；然后，所述前驱体混合溶液经雾化后通入燃烧反应器，在通有扩散氧气的所述燃烧反应器的燃烧火焰中通过热解反应生成银纳米颗粒，并在所述银纳米颗粒的表面原位生成一层氧化硅壳层，最终形成所述氧化硅包银的核壳结构纳米颗粒；
其中，
所述含银前驱体为硝酸银或醋酸银；所述含硅前驱体为正硅酸乙酯或六甲基二硅醚；
所述前驱体混合溶液中，银的浓度为0.02～0.2mol/L,所述含硅前驱体中硅相对于银的摩尔比为0.01:1～0.2:1；
所述前驱体混合溶液的进料速率为1～3ml/min；
所述扩散氧气的流量在2～7 L/min；
所述燃烧火焰采用氢气/空气的混合气火焰，其中氢气流量为1～3L/min，空气相对于氢气的体积比为10：1～25：1。
所述氧化硅包银的核壳结构纳米颗粒的壳层隔绝银纳米颗粒的直径在10～30nm，氧化硅壳层厚度在1nm～3nm。
本发明具有如下优点：可一步制备氧化硅包银的核壳结构纳米颗粒，壳层包覆均匀、无针孔，操作简单、快速，无需后处理。
附图说明
图1是实施例1产物的TEM照片；
图2是实施例2产物的TEM照片；
图3是实施例3产物的HRTEM照片
图4是实施例3的产物作为拉曼增强基底检测不同溶度罗丹明6G的拉曼光谱图。
具体实施方式
下面通过实施举例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据本发明的内容作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1
硝酸银和正硅酸乙酯溶于无水乙醇中形成前驱体混合溶液。其中，硝酸银的浓度为0.02mol/L，正硅酸乙酯相对与硝酸银的摩尔比为0.2:1，前驱体混合溶液的进料速率为3mL/min。所述前驱体混合溶液经扩散氧气（流量在2 L/min）雾化后，通入氢气与空气的体积比为1：25的火焰燃烧区，其中氢气进气量为1L/min，进行燃烧热解反应。形成银纳米颗粒，并在其表面形成一层氧化硅壳层，其中银纳米颗粒的粒径在10～30nm，氧化硅壳层厚度在2～3nm。产物的TEM照片如图1所示。
实施例2
硝酸银和正硅酸乙酯溶于无水乙醇中形成前驱体混合溶液。其中，硝酸银的浓度为0.2mol/L，正硅酸乙酯相对与硝酸银的摩尔比为0.1:1，前驱体混合溶液的进料速率为1mL/min。所述前驱体溶液经扩散氧气（流量在7 L/min）雾化后，通入氢气与空气的体积比为1：10的火焰燃烧区，其中氢气进气量为3L/min，进行燃烧热解反应。形成银纳米颗粒，并在其表面形成一层氧化硅壳层，其中银纳米颗粒的粒径在10～30nm，氧化硅壳层厚度在1～2nm。产物的TEM照片如图2所示。
实施例3
硝酸银和正硅酸乙酯溶于无水乙醇中形成前驱体混合溶液。其中，硝酸银的浓度为0.1mol/L，正硅酸乙酯相对与硝酸银的摩尔比为0.1:1，前驱体混合溶液的进料速率为2mL/min。所述前驱体混合溶液经扩散氧气（流量在5 L/min）雾化后，通入氢气与空气的体积比为1：15的火焰燃烧区，其中氢气进气量为2L/min，进行燃烧热解反应。形成银纳米颗粒，并在其表面形成一层均匀的氧化硅壳层，其中银纳米颗粒的粒径在10～30nm，氧化硅壳层厚度在1～2nm。产物的HRTEM照片如图3所示。
取配制好的10-6、10-7、10-8、10-9、10-10、10-11mol/L的罗丹明6G 的乙醇溶液各2mL，分别加入1mg本例中上述工艺条件制备的核壳结构纳米颗粒，超声混合5min后，均匀涂到玻璃基板上，自然风干后，进行拉曼光谱测试。所用拉曼光谱仪为invia-reflex型激光显微拉曼光谱仪，激发光波长为514.5nm，激发光功率为3mW，积分时间为10s，所得拉曼光谱如图4所示。图中a、b、c、d、e、f 分别对应于10-6、10-7、10-8、10-9、10-10、10-11mol/L的罗丹明6G的拉曼光谱。由图4可知，实施例3所制备的颗粒对罗丹明6G的最低检测限可达到10-10mol/L。

Claims (2)

1.一种氧化硅包银的核壳结构纳米颗粒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：首先，将含银前驱体和含硅前驱体溶于无水乙醇中，配制成前驱体混合溶液；然后，所述前驱体混合溶液经扩散氧气雾化后通入燃烧反应器，在所述燃烧反应器的燃烧火焰中通过热解反应生成银纳米颗粒，并在所述银纳米颗粒的表面原位生成一层氧化硅壳层，最终形成所述氧化硅包银的核壳结构纳米颗粒；
其中，
所述含银前驱体为硝酸银或醋酸银；所述含硅前驱体为正硅酸乙酯或六甲基二硅醚；
所述前驱体溶液中，银的浓度为0.02～0.2mol/L,所述含硅前驱体中硅相对于银的摩尔比为0.01：1～0.2:1；
所述前驱体溶液的进料速率为1～3ml/min；
所述扩散氧气的流量为2～7 L/min；
所述燃烧火焰采用氢气/空气的混合气火焰，其中氢气流量为1～3L/min，空气相对于氢气的体积比为10：1～25：1。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氧化硅包银的核壳结构纳米颗粒的壳层隔绝银纳米颗粒的直径在10～30nm，氧化硅壳层厚度在1nm～3nm。
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