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

一种制备纳米金的方法
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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