CN103722177B

CN103722177B - 一种金纳米棒的制备方法

Info

Publication number: CN103722177B
Application number: CN201310551638.XA
Authority: CN
Inventors: 徐国宝; 赖建平
Original assignee: Changchun Institute of Applied Chemistry of CAS
Current assignee: Changchun Institute of Applied Chemistry of CAS
Priority date: 2013-11-07
Filing date: 2013-11-07
Publication date: 2016-07-06
Anticipated expiration: 2033-11-07
Also published as: CN103722177A

Abstract

本发明提供了一种金纳米棒的制备方法，将溴化季铵盐、含有双键的阴离子表面活性剂、可溶性金源、可溶性银盐、抗坏血酸、硼氢化钠与水混合在酸性条件下，陈化，得到金纳米棒。与现有技术相比，本发明利用两种表面活性剂溴化季铵盐和阴离子表面活性剂调节生长反应，实现无种子一步法合成金纳米棒，合成条件简单。

Description

一种金纳米棒的制备方法

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，尤其涉及一种金纳米棒的制备方法。

背景技术

纳米材料是当今新材料研究领域中最富有活力、对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象，也是纳米科技中最为活跃、最接近应用的重要组成部分。与块体材料相比，纳米尺度的颗粒具有独特的物理、化学性能。金纳米粒子是金属纳米粒子中最稳定的纳米粒子之一，具有独特的物理化学性能，受到人们的广泛关注。

目前，除球形金纳米粒子之外，还合成了各种各样形状的金纳米粒子，其中研究最为广泛、最具应用潜力的是金纳米棒。金纳米棒是一种尺度从几纳米到上百纳米的棒状金纳米颗粒，严格来讲纵横尺寸比（纵轴与横轴的长度比）大约为2～20可称为棒，其拥有各向异性的形貌及引起长径比有关的广泛调节的长轴局域表面等离子体共振峰。良好的稳定性、独特的光学性质和生物相容性等特点，使金纳米棒在光电子、传感器、医学成像、癌症光热疗法以及基因药物载体等领域具有重要的应用价值。

近年来，人们主要采用模板法、光化学法、电化学法、晶种生长方法等不同方法制备出分散性好、大小均匀的金纳米棒。

模板法是将金通过电化学沉积到多孔的氧化铝或聚碳酸酯模板的孔道中，再将模板溶解掉，最后加入PVP保护和分散金纳米棒，即可得到稳定的金纳米棒溶液，但此方法产率太低；电化学方法是以金片作为牺牲阳极，铂片作为阴极的二电极体系；光化学法是在阴离子存在下，使用CTAB和四（十二烷基）溴化铵（TC₁₂AB）双表面活性剂作为胶束，通过紫外灯照射还原HAuCl₄·3H₂O；晶种生长法是目前金纳米棒制备研究中应用最广的一种方法，基本原理是在反应液中加入一定量的金纳米颗粒晶种（约3nm），在十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）表面活性分子的作用下，种子颗粒定向生长为一定长径比的金纳米棒，但金纳米颗粒晶种的大小、表面电性及晶种与Au盐的摩尔比等均对金纳米棒的径宽比、产率产生影响，操作复杂。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种金纳米棒的制备方法，该制备方法简单。

本发明提供了一种金纳米棒的制备方法，包括：

A）将溴化季铵盐、含有双键的阴离子表面活性剂、可溶性金源、可溶性银盐、抗坏血酸、硼氢化钠与水混合在酸性条件下，生长陈化，得到金纳米棒。

优选的，所述含有双键的阴离子表面活性剂为油酸钠或油酸钾。

优选的，所述可溶性金源为四氯金酸。

优选的，所述可溶性银盐为硝酸银。

优选的，所述酸性条件由盐酸提供。

优选的，所述步骤A）具体为：

将溴化季铵盐、含有双键的阴离子表面活性剂与水混合，溶解后，加入可溶性金源，进行第一次超声，然后加入可溶性银盐混合均匀，加入抗坏血酸，进行第二次超声，再加入硼氢化钠，在酸性条件下生长陈化，得到金纳米棒。

优选的，所述溴化季铵盐与含有双键的阴离子表面活性剂的摩尔比为（3～5）：1。

优选的，所述溴化季铵盐与可溶性金源的摩尔比为（50～100）：1。

优选的，所述抗坏血酸与硼氢化钠的摩尔比为（100～500）：1。

优选的，所述抗坏血酸与可溶性金源的摩尔比为（0.3～1）：1。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的金纳米棒的扫描电镜照片；

图2为本发明实施例1制备的金纳米棒的扫描电镜照片；

图3为本发明实施例1制备的金纳米棒的扫描电镜照片；

图4为本发明实施例1制备的金纳米棒的扫描电镜照片；

图5为本发明实施例1制备的金纳米棒的消光光谱图。

具体实施方式

本发明提供了一种金纳米棒的制备方法，包括：A）将溴化季铵盐、含有双键的阴离子表面活性剂、可溶性金源、可溶性银盐、抗坏血酸、硼氢化钠与水混合在酸性条件下，生长陈化，得到金纳米棒。

本发明对所有原料的来源并没有特殊的限制，为市售即可。

其中，所述溴化季铵盐为本领域技术人员熟知的溴化季铵盐即可，并无特殊的限制，本发明中优选为十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）；所述含有双键的阴离子表面活性剂为本领域技术人员熟知的阴离子表面活性剂即可，并无特殊的限制，本发明中优选为油酸钠或油酸钾。

所述可溶性金源为本领域技术人员熟知的可用作金纳米棒合成的可溶性金源即可，并无特殊的限制，本发明中优选为四氯金酸。

所述可溶性银盐为本领域技术人员熟知的可溶性银盐即可，并无特殊的限制，本发明中优选为硝酸银，其作用是调节金纳米粒子产生金棒。

按照本发明，所述步骤A）具体为：将溴化季铵盐、含有双键的阴离子表面活性剂与水混合，溶解后，加入可溶性金源，进行第一次超声，然后加入可溶性银盐混合均匀，加入抗坏血酸，进行第二次超声，再加入硼氢化钠，在酸性条件下生长陈化，得到金纳米棒。

将溴化季铵盐、含有双键的阴离子表面活性剂与水混合溶解。其中，所述溴化季铵盐与含有双键的阴离子表面活性剂的摩尔比优选为（3～5）：1，更优选为（3.5～4.5）：1。通过两者表面活性剂的相互作用调节生长反应，进而实现无种子一步法合成金纳米棒。为使溴化季铵盐与含有双键的阴离子表面活性剂能够快速溶解，所述溶解的温度优选为40℃～60℃，更优选为45℃～55℃。

溶解后，优选冷却至25℃～35℃，更优选为30℃，然后加入可溶性金源，其优选以溶液的形式添加；浓度优选为0.4～2mmol/L，更优选为0.6～1.5mmol/L。其中，所述溴化季铵盐与可溶性金源的摩尔比优选为（50～100）：1，更优选为（60～90）：1，更优选为（75～85）：1。

加入可溶性金源后，进行第一次超声，可加速混合，优选超声3～8min，更优选为4～6min。超声可使溶液分散均匀，同时含有双键的阴离子表面活性剂可将三价金离子还原为一价金离子，溶液由黄色变为无色。

第一次超声后，加入可溶性银盐，其为形貌调节剂。本发明中，所述可溶性银盐与可溶性金源的摩尔比优选为1：（3～8），更优选为1：（4～6）。为了使体系便于混合均匀，所述可溶性银盐优选以溶液的形式添加；其浓度优选为1～8mmol/L，更优选为3～6mmol/L。

加入可溶性银盐混合均匀，优选加入酸使溶液为酸性条件，本发明中更优选加入盐酸调节溶液的pH值。所述盐酸加入的量优选使溶液的pH值小于2即可，更优选按照其与可溶性金源的摩尔比（100～130）：1的比例添加，再优选为120：1，。所述盐酸优选添加37wt%的盐酸。

然后加入抗坏血酸，进行第二次超声，使溶液分散均匀。其中，所述抗坏血酸与可溶性金源的摩尔比优选为（0.3～1）：1，更优选为0.3：1。为了保持抗坏血酸的还原性，本发明优选添加现配的抗坏血酸的溶液，其浓度优选为80～120mmol/L，更优选为90～110mmol/L。

第二次超声后，再加入硼氢化钠。硼氢化钠为强还原剂，可原位产生种子，进而生长金纳米棒。所述硼氢化钠与抗坏血酸的摩尔比优选为1：（100～500），更优选为（140～200）：1。为了使硼氢化钠更好地与反应体系混合，优选以硼氢化钠的溶液的形式添加，其浓度优选为0.5～10mmol/L。

本发明可通过调节硼氢化钠、抗坏血酸、酸性条件与可溶性银盐的比例来得到不同尺寸的金纳米棒。

原料加入完之后，进行生长陈化。所述生长陈化的时间优选为4～8h，更优选为5～7h。

本发明利用两种表面活性剂溴化季铵盐和阴离子表面活性剂调节生长反应，实现无种子一步法合成金纳米棒，合成条件简单；并且，采用强还原剂硼氢化钠，可在原位产生种子，进而在抗坏血酸的作用下还原金离子生长得到金纳米棒，产率较高，且得到的金纳米棒高分单分散；同时，本发明还可通过调节形貌控制剂可溶性银盐、还原剂抗坏血酸、酸性条件及硼氢化钠的量进而调节金纳米棒的尺寸。

为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种金纳米棒的制备方法进行详细描述。

以下实施例中所用的试剂均为市售。

实施例1

将140mgCTAB与31mg油酸钠溶解在5ml的50℃的温水中，然后冷却至30℃，加入5ml四氯金酸（1mmol/L），超声5min之后，溶液变为无色，然后加入250μL硝酸银（4mmol/L），轻微摇动使之混合均匀后，加入50μL盐酸（37wt%）调节溶液的pH值，再加入现配的15μL抗坏血酸水溶液（100mmol/L），超声5min使之均匀混合，最后注入冰冷的1μL硼氢化钠水溶液（10mmol/L），陈化6h，得到金纳米棒。

利用扫描电子显微镜对实施例1得到的金纳米棒进行分析，得到其扫描电镜照片如图1～4所示。

利用紫外分光光度计对实施例1得到的金纳米棒进行分析，得到其消光光谱图，如图5所示。

实施例2

将140mgCTAB与31mg油酸钠溶解在5ml的50℃的温水中，然后冷却至30℃，加入5ml四氯金酸（1mmol/L），超声5min之后，溶液变为无色，然后加入250μL硝酸银（4mmol/L），轻微摇动使之混合均匀后，加入50μL盐酸（37wt%）调节溶液的pH值，再加入现配的15μL抗坏血酸水溶液（100mmol/L），超声5min使之均匀混合，最后注入冰冷的5μL硼氢化钠水溶液（10mmol/L），陈化6h，得到金纳米棒。

实施例3

将140mgCTAB与31mg油酸钠溶解在5ml的50℃的温水中，然后冷却至30℃，加入5ml四氯金酸（1mmol/L），超声5min之后，溶液变为无色，然后加入250μL硝酸银（4mmol/L），轻微摇动使之混合均匀后，加入50μL盐酸（37wt%）调节溶液的pH值，再加入现配的15μL抗坏血酸水溶液（100mmol/L），超声5min使之均匀混合，最后注入冰冷的14.9μL硼氢化钠水溶液（10mmol/L），陈化6h，得到金纳米棒。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种金纳米棒的制备方法，其特征在于，包括：

A)将溴化季铵盐、含有双键的阴离子表面活性剂与水混合，溶解后，加入可溶性金源，进行第一次超声，然后加入可溶性银盐混合均匀，加入抗坏血酸，进行第二次超声，再加入硼氢化钠，在酸性条件下生长陈化，得到金纳米棒；

所述溴化季铵盐与含有双键的阴离子表面活性剂的摩尔比为(3～5)：1；所述溴化季铵盐与可溶性金源的摩尔比为(50～100)：1；所述抗坏血酸与硼氢化钠的摩尔比为(100～500)：1；所述抗坏血酸与可溶性金源的摩尔比为(0.3～1)：1；

所述可溶性金源的浓度为0.4～2mmol/L；所述可溶性银盐的浓度为1～8mmol/L；所述抗坏血酸的浓度为80～120mmol/L；所述硼氢化钠的浓度为0.5～10mmol/L。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含有双键的阴离子表面活性剂为油酸钠或油酸钾。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述可溶性金源为四氯金酸。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述可溶性银盐为硝酸银。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述酸性条件由盐酸提供。