CN105057694A - 一种在导电玻璃上利用电置换反应快速制备纳米金的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在导电玻璃上利用电置换反应快速制备纳米金的方法。本发明采用勃姆石为前驱体，用溶胶凝胶法，旋涂和热处理技术在基底上制备多孔氧化铝涂层，再将多孔涂层浸泡在纳米金前驱体溶液中，通过固定在导电玻璃上的活泼金属片诱导，金属片与导电玻璃之间产生电子传导，利用电置换反应快速制备纳米金，得到一种在导电玻璃基底上的Au/Al2O3复合材料。该材料具有与基底结合牢固，化学性能稳定，金属纳米粒子分散均匀的优点。本发明的制备方法简单，成本低廉，无需专业操作便能快速实现贵金属的纳米化。

Description

一种在导电玻璃上利用电置换反应快速制备纳米金的方法
技术领域
本发明涉及纳米金制备领域中的一种在导电玻璃上利用电置换反应快速制备纳米金的方法。
背景技术
传统的多孔氧化铝材料由于具有较高的比表面积，良好的耐热性，化学性质稳定，在吸附剂，催化剂载体，陶瓷等领域有着广泛的应用。纳米氧化铝涂层材料(厚度1um左右)，均匀性好，与导电玻璃，金属片，硅片等基底的结合能力强，且化学性能稳定。贵金属纳米(如金，银，铂，钯等)，由于其特殊的物理化学性能，广泛应用于光电，传感，分析，催化等领域。常见的制备贵金属的方法有气相沉积，化学还原，电沉积，光还原，电置换反应等。电置换反应(galvanicreplacementreaction)也叫无电镀沉积，由于其制备方法简单，成本低廉，无需专业操作，吸引了越来越多的科研工作者的关注。
目前电置换制备贵金属纳米颗粒，主要通过粉末或者活泼金属基底置换贵金属。这些制备方法主要存在问题：粉末电置换贵金属不适于制备成芯片，产业化的批量生产；活泼金属基底制备的贵金属容易与基底脱离，且制备的贵金属常常为树枝状，花状，带状等，并不是严格意义上的纳米级颗粒。在导电玻璃上制备贵金属纳米颗粒，通常在电化学工作站的辅助下，采用电沉积的方法，导电玻璃基底上制备贵金属。
专利CN1483539公开了一种利用金属置换反应制备纳米金属材料的方法。通过活泼的铝片，锌片，铜片等制备了纳米金，铂等。然而该方法主要存在的问题在于活波金属基底制备的贵金属容易与基底脱离，结合不牢固。
专利CN101966594A公开了一种利用原化学电位沉积法在玻碳电极表面制备纳米金。然而通过电化学沉积法制备纳米金，需要专门的电化学工作站。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在导电玻璃上利用电置换反应快速制备纳米金的方法。
本发明解决上述技术问题提供了一种导电纳米多孔功能表面复合材料的制备方法，
以勃姆石为前驱体，通过溶胶凝胶、旋涂和热处理工艺在导电玻璃基底上制备多孔氧化铝涂层，再在氧化铝涂层上固定活泼金属片，并浸泡于纳米金前驱体溶液中，通过活泼金属片的诱导，在活泼金属片与导电玻璃之间产生电子传导，利用电置换反应制备纳米金。
优选的，活泼金属活泼金属片为铁、锌、铜等中的一种，活泼金属片标准还原电势小于0.35V。
具体制备步骤为：
步骤a)用洗涤剂清洗导电玻璃基底表面的油污，再用去离子水洗涤基底表面的洗涤剂，最后用乙醇超声处理至少30min；
步骤b)将勃姆石与去离子水按质量比以1:50-1:5混合，将所得的溶胶滴在导电玻璃基底表面，采用匀胶机，转速为500rev/min-5000rev/min，旋涂15s，在常温下干燥30min后以一定的升温速率加热到500℃，保温2h后自然冷却，制得氧化铝涂层；
步骤c)根据所需制备的纳米金，选取活泼性大于纳米金前驱体的金属片铁，铝，锌，铜等，配制10-3～10-6mol/L的氯金酸水溶液；将步骤b)中制得的氧化铝涂层用活泼金属片固定，将其浸泡在氯金酸溶液内10～60min，制得以导电玻璃为基底的Au/Al2O3的复合材料，取出后用去离子水冲洗去除残留在表面的氯金酸，在常温下干燥。
优选的，步骤a)中导电玻璃基片为ITO，FTO或AZO。
优选的，步骤b)中制备的多孔氧化铝涂层的平均孔径大小在5nm～10nm，涂层厚度在500nm～2um。
优选的，步骤c)中制备的纳米金的平均粒径大小在1nm～10nm。
本发明与现有技术相比，其显著优点是：(1)本发明提供的导电纳米多孔功能表面复合材料的制备方法具有制备方法简单，可重复性高，与基底材料结合能力强，化学性能稳定的优点。(2)本发明首次实现直接利用电置换反应制备贵金属纳米颗粒。(3)以电置换反应法制备纳米金颗粒，具有操作简单，无需专业仪器辅助的优点。
附图说明
图1为在导电玻璃上利用电置换反应快速制备纳米金的示意图。
图2为所制备的Au/Al2O3复合涂层的TEM图。
图3为不同浸泡时间下Au/Al2O3复合涂层在1MC2H5OH+1MNaOH电解质中的CV曲线。
图4为浸泡时间为60min时Au/Al2O3复合涂层在不同浓度C2H5OH和1MNaOH电解质中的CV曲线。
图5为电沉积法所制备的Au/Al2O3复合涂层的TEM图。
图6为电沉积时间60min时，Au/Al2O3复合涂层在1MC2H5OH和1MNaOH电解质中的CV曲线。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业技术人员更全面地理解本发明。
实施例1：
将纳米级Boehmite粉末，在未添加任何表面活性剂的前提下与去离子水按质量比1:5混合，将所得的Boehmite液滴在预先洁净的AZO导电玻璃片表面，用匀胶机以500rev/min的转速旋涂15s，在常温下干燥30min后置于马弗炉，以5℃/min的升温速率加热到500℃，保温2h后自然冷却，将制备的以AZO为基底的纳米多孔氧化铝涂层功能表面与铁片紧密接触固定，将其浸泡在浓度为10-6MHAuCl4水溶液中，浸泡时间为10min，然后用去离子洗去表面残余的氯金酸，通过氮气鼓吹干燥，得到含纳米金的功能化纳米氧化铝涂层。
图1为在导电玻璃上利用电置换反应快速制备纳米金的示意图。
实施例2：
将纳米级Boehmite粉末，在未添加任何表面活性剂的前提下与去离子水按质量比1:50混合，将所得的Boehmite液滴在预先洁净的ITO导电玻璃片表面，用匀胶机以5000rev/min的转速旋涂15s，在常温下干燥30min后置于马弗炉，以5℃/min的升温速率加热到500℃，保温2h后自然冷却，将制备的以ITO为基底的纳米多孔氧化铝涂层功能表面与铜片紧密接触固定，将其浸泡在浓度为10-3MHAuCl4水溶液中，浸泡时间为30min，然后用去离子水洗去表面残余的氯金酸，通过氮气鼓吹干燥，得到含纳米金的功能化纳米氧化铝涂层。
图2为该案例所制备的Au/Al2O3复合涂层的TEM图。
实施例3：
将纳米级Boehmite粉末，在未添加任何表面活性剂的前提下与去离子水按质量比1:10混合，将所得的Boehmite液滴在预先洁净的FTO导电玻璃片表面，用匀胶机以700rev/min的转速旋涂15s，在常温下干燥30min后置于马弗炉，以5℃/min的升温速率加热到500℃，保温2h后自然冷却，将制备的以FTO为基底的纳米多孔氧化铝涂层功能表面与锌片紧密接触固定，将其浸泡在浓度为10-4MHAuCl4水溶液中，浸泡时间一定时间后，然后用去离子洗去表面残余的氯金酸，通过氮气鼓吹干燥，得到含纳米金的功能化纳米氧化铝涂层。将FTO为基底的Au/Al2O3复合涂层作为工作电极，铂片为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，浸泡在1MC2H5OH+1MNaOH电解质中，测量CV曲线。
图3为该案例中不同浸泡时间下Au/Al2O3复合涂层在1MC2H5OH+1MNaOH电解质中的CV曲线。
实施例4：
将纳米级Boehmite粉末，在未添加任何表面活性剂的前提下与去离子水按质量比1:10混合，将所得的Boehmite液滴在预先洁净的FTO导电玻璃片表面，用匀胶机以700rev/min的转速旋涂15s，在常温下干燥30min后置于马弗炉，以5℃/min的升温速率加热到500℃，保温2h后自然冷却，将制备的以FTO为基底的纳米多孔氧化铝涂层功能表面与锌片紧密接触固定，将其浸泡在浓度为10-4MHAuCl4水溶液中，浸泡时间60min后，然后用去离子洗去表面残余的氯金酸，通过氮气鼓吹干燥，得到含纳米金的功能化纳米氧化铝涂层。将FTO为基底的Au/Al2O3复合涂层作为工作电极，铂片为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，浸泡在不同浓度C2H5OH和1MNaOH电解质中，测量其CV曲线。
图4为该案例中浸泡时间为60min时Au/Al2O3复合涂层在不同浓度C2H5OH和1MNaOH电解质中的CV曲线。
对比例
将纳米级Boehmite粉末，在未添加任何表面活性剂的前提下与去离子水按质量比1:10混合，将所得的Boehmite液滴在预先洁净的FTO导电玻璃片表面，用匀胶机以500rev/min的转速旋涂15s，在常温下干燥30min后置于马弗炉，以5℃/min的升温速率加热到500℃，保温2h后自然冷却，制备得到以FTO为基底的纳米多孔氧化铝涂层功能表面，将其浸泡在10-3MHAuCl4和0.2MNa2SO4电解质溶液中，以铂片为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，在-0.2V恒电位沉积纳米金，电沉积时间为60min。然后将其制备的Au/Al2O3复合涂层作为工作电极，铂片为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，浸泡在1MC2H5OH和1MNaOH电解质中，测量其CV曲线。
图5为该案例所制备的Au/Al2O3复合涂层的TEM图。
图6为该案例中电沉积时间60min时，Au/Al2O3复合涂层在1MC2H5OH和1MNaOH电解质中的CV曲线。

Claims (7)

1.一种在导电玻璃上利用电置换反应快速制备纳米金的方法，其特征在于：以勃姆石为前驱体，通过溶胶凝胶、旋涂和热处理工艺在导电玻璃基底上制备多孔氧化铝涂层，再在氧化铝涂层上固定活泼金属片，并浸泡于纳米金前驱体溶液中，通过活泼金属片的诱导，在活泼金属片与导电玻璃之间产生电子传导，利用电置换反应制备纳米金。
2.根据权利要求1所述的在导电玻璃上利用电置换反应快速制备纳米金的方法，其特征在于：所述的活泼金属片为铁、锌、铜中的一种，所述的活泼金属片标准还原电势小于0.35V。
3.根据权利要求1所述的在导电玻璃上利用电置换反应快速制备纳米金的方法，其特征在于，具体制备步骤为：
步骤a)，将勃姆石与去离子水按质量比以1:50-1:5混合，将所得的溶胶滴在洁净的导电玻璃基底表面，旋涂15s，在常温下干燥30min后以一定的升温速率加热到500℃，保温2h后自然冷却，制得氧化铝涂层；
步骤b)，根据所需制备的纳米金，选取活泼性大于纳米金前驱体的金属片铁，锌或铜，配制10-3mol/L～10-6mol/L的氯金酸水溶液；将步骤a)中制得的氧化铝涂层用活泼金属片固定，将其浸泡在氯金酸溶液内10min～60min，制得以导电玻璃为基底的Au/Al2O3的复合材料，取出后用去离子水冲洗去除残留在表面的氯金酸，在常温下干燥。
4.根据权利要求3所述的在导电玻璃上利用电置换反应快速制备纳米金的方法，其特征在于：步骤a)中导电玻璃基片为ITO，FTO或AZO。
5.根据权利要求3所述的在导电玻璃上利用电置换反应快速制备纳米金的方法，其特征在于：步骤a)中制备的多孔氧化铝涂层的平均孔径大小在5nm～10nm，涂层厚度在500nm～2um。
6.根据权利要求3所述的在导电玻璃上利用电置换反应快速制备纳米金的方法，其特征在于：所述的旋涂采用匀胶机，转速为500rev/min-5000rev/min。
7.根据权利要求3所述的在导电玻璃上利用电置换反应快速制备纳米金的方法，其特征在于：步骤b)中制备的纳米金的平均粒径大小在1nm～10nm。
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