CN102978666A - 一种制备纳米金的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种采用超声-电化学联用工艺制备纳米金的方法。该制备方法主要在氯金酸的水相中进行,以电沉积工艺为主体,把超声波技术应用到纳米金的制备中。本发明方法无需加入有机/无机还原剂。在上述的氯金酸水相体系中,加入一定量的表面活性剂,调控好超声波频率、槽压、极间距及电积时间,实现纳米膜形貌的控制。本工艺简单,制备的纳米金颗粒形貌稳定,无需加入还原剂。
Description
技术领域
本发明涉及一种电化学制备纳米金颗粒的方法,尤其是一种采用超声-电化学联用工艺进行纳米金材料的制备及形貌的控制方法。
背景技术
纳米金材料由于其特殊类型的结构,导致其在表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等方面表现出许多特殊性质,在光学、电磁学等方面具有广泛的应用前景。比如在光学探针、电化学探针、传感器、植物保护、药物传递、DNA检测葡萄糖传感器及拉曼散射等方面都有广泛的、潜在的应用前景。
现有的纳米金的制备方法可以大致划分为化学法和物理法两大类。化学法包括氧化还原法、电化学法、溶胶法、微乳液法、相转移法、模板法及微波法等;物理法包括了真空蒸镀法、软着陆法、电分散法及激光法等。化学法相对物理的制备方法,制备的纳米粒子粒度较小,操作方便,缺点是得到的纳米金易含其它杂质,且易于发生团聚,且需要添加较多的分散剂、稳定剂及还原剂等。
发明内容
鉴于上述背景,本发明的目的在于提供一种新的纳米金的制备方法,本发明方法采用超声-电化学联用技术,方法简单,技术可靠,可以精确的控制纳米金的形貌,无需添加过多的分散剂、稳定剂及金的还原剂等,且制备后液可以循环使用。
本发明的技术方案如下:
一种纳米金的制备方法,包括如下步骤:
1)用蒸馏水配置盐酸溶液,使配制好的盐酸溶液pH小于1;然后将氯化金或氯金酸晶体溶解于上述溶液,溶解后,溶液中氯化金或氯金酸浓度为1-20g/L,然后,根据制备具体纳米金形貌的需要,向其中加入表面活性剂和/或分散剂,形成含金溶液;
2)将上述配制的含金溶液置入电解槽,将超声波探头插入电解液中,并控制频率
在28-120kHz;电沉积槽压控制在0.5-1.5V,极间距为5-30mm;
3)接通电源后,开始电沉积试验;电沉积100-1000S后,切断电源,终止试验;
4)将制备的纳米金用无水乙醇清洗3遍,100℃以下烘干。
在本发明的较佳实施例中,还包括步骤5)将制备的纳米金置于无水乙醇或去离子水中继续超声30s-300s。
在本发明的较佳实施例中,步骤1)中,加入晶体后,溶液pH0.5-1.0。
在本发明的较佳实施例中,步骤1)加入的表面活性剂为阴离子表面活性剂十二烷基磺酸钠,加入的量按体积比,为含金溶液的0.1-3.0%。
在本发明的较佳实施例中,步骤1)加入的分散剂为聚乙二醇,其分子量范围为190-420,加入的量按体积比,为含金溶液的1.0-10.0%。
在本发明的较佳实施例中,阴极电沉积制备纳米金的载体为表面镀有耐腐蚀介质的导电材料。这些材料如:导电玻璃、钛片、铂片或表面镀有耐腐蚀介质的其它导电材料。
在本发明的较佳实施例中,制备纳米金颗粒/膜的条件为:以导电玻璃为电沉积载体,十二烷基磺酸钠浓度1.5-3.0%,超声波频率60-120kHz,槽压控制在0.8-1.2V,电沉积时间100-300S,粒度可控在100-200nm之间。
在本发明的较佳实施例中,制备出叶片状纳米金的条件为:以导电玻璃或钛片为电沉积载体,十二烷基磺酸钠浓度0.5-2.0%,分子量190-420的聚乙二醇2.0-4.0%,超声波频率40-80kHz,槽压控制在1.2-2.0V,电沉积时间200-800S。
在本发明的较佳实施例中,制备出枝状纳米金的条件为:以钛片为电沉积载体,十二烷基磺酸钠浓度0.5-1.5%,聚乙二醇(分子量190-420)3.0-5.0%,超声波频率28-60kHz,槽压控制在1.2-2.0V,电沉积时间500-1000S。
本发明反应所用的电解槽可以采用三口电解槽或普通电解槽。
本发明在传统电沉积的基础上,引入了超声波技术,利用超声波的空化效应,提高了离子的运输能力,使不同的机理协同作用,产生叠加,可以有效的加速电沉积过程的传质,促进金晶核的形成。
本工艺简单,制备的纳米金颗粒形貌稳定,无需加入还原剂。并且,本发明还可通过控制条件,制备不同形态的纳米金。
本发明方法不仅可用于纳米金的制备,还可用于纳米银、纳米铜等材料的制备。只需将氯化金或氯金酸换成相应的银或铜的盐或酸。
附图说明
图1为实施例1制备的纳米金的扫描电镜图(SEM)及能谱(EDS)。
图2为实施例1制备的纳米金的能谱(EDS)。
图3为实施例1制备的纳米金的原子力显微镜图(AFM)。
图4为实施例1制备的纳米金的X-射线衍射仪图(XRD)。
图5为实施例2制备的叶片状纳米金的扫描电镜图(SEM)。
图6为实施例3制备的枝状纳米金的扫描电镜图(SEM)。
具体实施方式
实施例1
用蒸馏水配置一定浓度的盐酸溶液(pH<1);然后将氯化金或氯金酸晶体溶解于上述溶液,保证金浓度在10g/L±0.1g。然后,向配制好的溶液中加入一定量的十二烷基磺酸钠,控制十二烷基磺酸钠的最终浓度为2.0%。
其它参数控制:超声波频率40kHz,槽压1.0V,电沉积载体为导电玻璃或钛片。打开超声机后,接通电沉积电源,控制电沉积时间为250S左右。试验结束后,将制备的纳米金用无水乙醇清洗3遍后,100℃以下烘干。制备的纳米金颗粒基本表征详见附图1-4。
实施例2
用蒸馏水配置一定浓度的盐酸溶液(pH<1);然后将氯化金或氯金酸晶体溶解于上述溶液,保证金浓度在10g/L左右。然后,向配制好的溶液中加入一定量的十二烷基磺酸钠,控制最终浓度为1.0%,并加入聚乙二醇(分子量190-420),最终浓度3.0%。
其它参数控制:超声波频率80kHz,槽压1.5V,电沉积载体为导电玻璃或钛片。接通电源后,控制电沉积时间300S。试验结束后,将制备的纳米金用无水乙醇清洗3遍,100℃以下烘干。制备的纳米金颗粒基本表征详见附图5。
实施例3
用蒸馏水配置一定浓度的盐酸溶液(pH<1);然后将氯化金或氯金酸晶体溶解于上述溶液,保证金浓度在10g/L左右。然后,向配制好的溶液中加入浓度1.0%的十二烷基磺酸钠,5.0%浓度的聚乙二醇(分子量190-420)。
其它参数控制:超声波频率100kHz,槽压1.5V,电沉积载体为导电玻璃或钛片。接通电源后,控制电沉积时间300S。试验结束后,将制备的纳米金用无水乙醇清洗至少3遍,然后100℃以下烘干。
制备的纳米金颗粒基本表征详见附图6。
Claims (10)
1.一种制备纳米金的方法,包括如下步骤:
1)用蒸馏水配置盐酸溶液,使配制好的盐酸溶液pH小于1;然后将氯化金或氯金酸晶体溶解于上述溶液,保证氯化金或氯金酸浓度为1-20g/L,然后,根据制备具体纳米金形貌的需要,向其中加入表面活性剂和/或分散剂,形成含金溶液;
2)将上述配制的含金溶液置入电解槽,将超声波探头插入电解液中,并控制频率在28-120kHz;电沉积槽压控制在0.5-1.5V,极间距为5-30mm;
3)接通电源后,开始电沉积试验;电沉积100-1000S后,切断电源,终止试验;
4)将制备的纳米金用无水乙醇清洗3遍,100℃以下烘干。
2.根据权利要求1所述的一种制备纳米金的方法,其特征在于:还包括步骤5)将制备的纳米金置于无水乙醇或去离子水中继续超声30s-300s。
3.根据权利要求1所述的一种制备纳米金的方法,其特征在于:步骤1)中,加入晶体后,溶液pH=0.5-1.0。
4.根据权利要求1所述的一种制备纳米金的方法,其特征在于:步骤1)加入的表面活性剂为阴离子表面活性剂十二烷基磺酸钠,加入的量按体积比,为含金溶液的0.1-3.0%。
5.根据权利要求1所述的一种制备纳米金的方法,其特征在于:步骤1)加入的分散剂为聚乙二醇,其分子量范围为190-420,加入的量按体积比,为含金溶液的1.0-10.0%。
6.根据权利要求1所述的一种制备纳米金的方法,其特征在于:阴极电沉积制备纳米金的载体为表面镀有耐腐蚀介质的导电材料。
7.根据权利要求1所述的一种制备纳米金的方法,其特征在于:制备纳米金颗粒/膜的条件为:以导电玻璃为电沉积载体,十二烷基磺酸钠浓度1.5-3.0%,超声波频率60-120kHz,槽压控制在0.8-1.2V,电沉积时间100-300S,粒度可控在100-200nm之间。
8.根据权利要求1所述的一种制备纳米金的方法,其特征在于:制备出叶片状纳米金的条件为:以导电玻璃或钛片为电沉积载体,十二烷基磺酸钠浓度0.5-2.0%,分子量190-420的聚乙二醇2.0-4.0%,超声波频率40-80kHz,槽压控制在1.2-2.0V,电沉积时间200-800S。
9.根据权利要求1所述的一种制备纳米金的方法,其特征在于:制备出枝状纳米金的条件为:以钛片为电沉积载体,十二烷基磺酸钠浓度0.5-1.5%,聚乙二醇(分子量190-420)3.0-5.0%,超声波频率28-60kHz,槽压控制在1.2-2.0V,电沉积时间500-1000S。
10.根据权利要求1所述的一种制备纳米金的方法,其特征在于:所述方法用于纳米银、纳米铜的制备。
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