CN106914628A

CN106914628A - 一种一步法制备纳米组装体的方法

Info

Publication number: CN106914628A
Application number: CN201710090031.4A
Authority: CN
Inventors: 郑煜铭; 钟鹭斌; 牛琦峰; 刘青
Original assignee: Institute of Urban Environment of CAS
Current assignee: Institute of Urban Environment of CAS
Priority date: 2017-02-20
Filing date: 2017-02-20
Publication date: 2017-07-04

Abstract

本发明提供了一种一步法制备纳米组装体的方法。具体步骤如下：步骤a）配制纳米材料前躯体溶液；步骤b）根据纳米材料前躯体溶液的性质，配制与之互不相溶的溶液；步骤c）将两种溶液混合，构建液‑液界面；步骤d）诱导纳米材料前躯体还原成纳米材料，同时在搅拌、超声、震荡等方式辅助下，促使生成的纳米材料在液‑液界面自组装形成纳米组装体；步骤e）待上层溶剂挥发后，通过载体将纳米组装体转移出来。与现有技术相比，本发明提供的方法步骤简单，能一步法直接从纳米材料前躯体，形成纳米组装体，具有快速，简便和经济的特点。

Description

一种一步法制备纳米组装体的方法

技术领域

本发明涉及纳米技术领域，更具体地说，尤其涉及一种一步法制备纳米组装体的方法。

背景技术

纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围 (1～100nm) 或由它们作为基本单元构成的材料。组装的纳米材料不仅具有纳米材料的特性(如量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应)，又具有由纳米材料组装而引起的新效应(如量子耦合效应和协同效应等)。通过各层次的结构设计及化学修饰技术，主动操控纳米结构单元，构筑具有崭新功能和特性的二维和三维等高级结构，不仅使纳米器件成为可能，也由此带来了一系列新的物理和化学性质。纳米材料自组装的出现，标志着纳米材料科学研究进入了一个崭新的阶段。

在纳米材料的组装的报道中，所采用的方法主要分为“自上而下”(top-down)和“自底而上”(bottom-up)两类。“自上而下”是将大块材料经改性或者分割成较小的所需形状，过程中通常涉及到去除或蚀刻工艺以获取最终的形状，如常规的光刻技术。然而，这类方法步骤复杂，成本较大，而且由于分辨率有限，对粒径小和直径小的材料无能为力。“自下而上”的出现则为纳米组装提供了一个新思路。它是指基本结构单元(分子，纳米材料，微米或更大尺度的物质)自发形成有序结构的一种技术从下而上的方法，主要通过模板法、界面组装法、外场驱动组装法和溶液中组装法等手段对纳米材料进行组装，如专利ZL201110003071.3，ZL201210103411.4。但是这类方法需要先制备低维纳米材料，然后再将其通过后续组装来获得各种纳米组装体，制备过程还是不够简便。此外，在合成低维纳米材料的时候，为了使纳米材料前躯体还原和保证所制备纳米材料在溶液中的稳定性，大量还原剂和表面活性剂是必须。这不仅增加成本，且表面活性剂对纳米组装体的后期应用有一定阻碍。例如表面活性剂会使纳米组装体的背景信号过高，不利于微量物质的检测；表面活性剂还会阻碍纳米组装体的活性位点与被反应物或检测物的接触，降低反应效率和检测灵敏度。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种一步法制备纳米组装体的方法，该方法能一步法直接从纳米材料前躯体，形成纳米组装体，具有快速、简便和经济的特点，并适用于多种纳米材料组装体的制备。此外，在由纳米材料前躯体还原成纳米材料的过程中无需表面活性剂。因此，所制备的纳米组装体没有表面活性剂，具有更洁净的表面，有利于纳米组装体活性表面的暴露，具有更好的应用前景。如果在构建液-液界面的上层溶液里加入高分子聚合物，该方法还能一步法制备出自支撑的纳米组装体，极大了扩宽其应用范围。

本发明提供了一种一步法制备纳米组装体的方法，包括以下步骤：步骤a）配制纳米材料前躯体溶液，其中溶液包括水溶液、醇溶液、油溶液，醇水混合液液等，优先水溶液；其中纳米材料前躯体包括氯金酸、氯铂酸、氯钯酸、硝酸银、硅酸四乙酯、四氯化钛、钛酸四丁酯、铁盐等的一种或几种等；步骤b）根据纳米材料前躯体溶液的性质，配制与之互不相溶的溶液，例如纳米材料前躯体水溶液，则配制油溶液；相反，如果纳米材料前躯体油溶液，则配制水溶液；步骤c）在容器中，将两种溶液混合，构建液-液界面；步骤d）通过溶剂、光照、加热以及添加还原性物质等方法，诱导纳米材料前躯体生成纳米材料，同时在搅拌、超声、震荡等方式辅助下，促使生成的纳米材料在油水界面自组装形成纳米组装体；步骤e）待上层溶剂挥发后，通过支撑层将纳米组装体转移出来，得到纳米组装体。

本发明的优点是：

1）本发明无需事先合成纳米材料，可实现一步法直接从纳米材料前躯体，形成纳米组装体，具有快速、简便和经济的特点。

2）本发明可不借助外力，直接利用溶剂本身还原性将纳米材料前躯体还原成纳米材料。

3）本发明在合成纳米材料的时候无需表面活性剂，不仅降低成本和步骤，而且能使所制备的纳米组装体具有更洁净的表面，有利于纳米组装体活性表面的暴露，具有更好的应用前景。

4）通过在液-液-界面的上层溶液里加入高分子聚合物，本发明还能一步法制备自支撑的纳米组装体。

附图说明

图1为实施例一条件下，所制备的纳米金组装体在液-液界面的照片。

图2为实施例二条件下，所制备的纳米金组装体在硅片上的照片。

图3为实施例二条件下，所制备的纳米金组装体的扫描电镜图。

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

实施例一：

1)配制10ml氯金酸溶液于烧杯中，并加入转子；

2)轻取5ml甲苯环已酮溶液于10ml氯金酸溶液上，构建水/甲苯环已酮界面，并用铝箔将烧杯密封；

3)通过转子搅拌溶液，使氯金酸还原生成纳米金粒子，并上浮到水/甲苯环已酮界面自组装成纳米组装体；

4)去除铝箔，待上层溶剂挥发以后，用玻璃片将纳米金组装体取出。

实施例二：

1)配制40ml氯金酸溶液于烧杯中；

2)轻取10ml环已酮溶液于40ml氯金酸溶液上，构建水/环已酮界面，并用保鲜膜将烧杯密封；

3)将上述烧杯放于超声仪超声，使氯金酸还原生成纳米金粒子，并上浮到水/环已酮界面自组装成纳米组装体；

4)除去鲜膜，待上层环已酮挥发以后，用硅片将纳米金组装体取出。

实施例三：

1)配制10ml氯金酸溶液于烧杯中，并加入转子；

2)轻取5ml甲苯溶液于10ml氯金酸溶液上，构建水/甲苯界面；

3)将上述烧杯放于光照下，通过转子搅拌溶液，使氯金酸还原生成纳米金粒子，并上浮到水/甲苯界面自组装成纳米组装体；

4)待上层甲苯挥发以后，用滤纸将纳米金组装体取出。

实施例四：

1)配制10ml氯铂酸溶液于烧杯中，并加入转子；

2)轻取5ml环已烷溶液于10ml氯铂酸溶液上，构建水/环已烷界面；

3)向下层氯铂酸溶液缓慢加入盐酸羟胺乙醇溶液，通过转子搅拌溶液，使氯金酸还原生成纳米铂粒子，并上浮到水/环已烷界面自组装成纳米组装体；

4)待上层环已烷挥发以后，用硅片将纳米铂组装体取出。

实施例五：

1)取10ml四氯化碳于烧杯中；

2)配制10ml氯金酸溶液于置于四氯化碳上，构建四氯化碳/水界面；

3)往上述烧杯中加入盐酸羟胺乙醇溶液，使氯金酸还原生成纳米金粒子，并在四氯化钛/水界面自组装成纳米组装体；

4)待上层水溶液挥发以后，用硅片将纳米金组装体取出。

实施例六：

1)配制10ml氯金酸溶液于烧杯中，并加入转子；

2)轻取5ml含有25mg聚氯乙烯的环已酮溶液于10ml氯金酸溶液上，构建水/环已酮界面，并用保鲜膜将烧杯密封；

3)通过转子搅拌溶液，使氯金酸还原生成纳米金粒子，并上浮到水/环已酮界面自组装成纳米组装体；

4)去除保鲜膜，待上层环已酮挥发以后，聚氯乙烯成膜并将组装在水面的组装体固定住，直接将纳米组装体取出。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims

1.一种一步法制备纳米组装体的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤a）配制纳米材料前躯体溶液；

步骤b）根据纳米材料前躯体溶液的性质，配制与之互不相溶的溶液；

步骤c）将两种溶液混合，构建液-液界面；

步骤d）诱导纳米材料前躯体还原成纳米材料，同时在搅拌、超声、震荡等方式辅助下，促使生成的纳米材料在液-液界面自组装形成纳米组装体；

步骤e）待上层溶剂挥发后，通过载体将纳米组装体转移出来。

2.如权利要求1 所述的一种一步法制备纳米组装体的方法，其特征在于所制备的纳米组装体是由纳米材料前躯体直接还原成纳米材料，并界面自组装而成。

3.如权利要求1 所述的一种一步法制备纳米组装体的方法，其特征在于所述步骤a）中的纳米材料前躯体，包括氯金酸、氯铂酸、氯钯酸、硝酸银、硅酸四乙酯、四氯化钛、钛酸四丁酯、铁盐等的一种或几种。

4.如权利要求1 所述的一种一步法制备纳米组装体的方法，其特征在于所述步骤d）中诱导纳米材料前躯体生成纳米材料的具体方式为，可不借助外力，直接通过溶剂本身的还原性；也可以借助外力，如光照、加热以及添加还原性物质等。

5.如权利要求1 所述的一种一步法制备纳米组装体的方法，其特征在于所述步骤d）中的载体材料，可以是石英、硅片、玻璃等硬材质，也可以是滤纸、纤维膜等柔性材质。

6.如权利要求1 所述的一种一步法制备纳米组装结构的方法，其特征在于可以在步骤c）中的上层溶液里加入高分子聚合物，待上层溶剂挥发后，高分子聚合物将在界面成膜，并将纳米组装体固定住，这样纳米组装体就无须载体支撑，可直接取出，可制备出自支撑的纳米组装体。

7.如权利要求1 所述的一种一步法快速制备纳米组装体的方法，其特征在于构建液-液界面的两种溶液，可以是单一溶剂也可以是混合溶剂。

8.如权利要求1 所述的一种一步法快速制备纳米组装体的方法，其特征在于在所述步骤d）中，可以添加醇类物质，加快生成的纳米材料在界面自组装。

9.如权利要求1 所述的一种一步法快速制备纳米组装体的方法，其特征在于该制备方法，可应用于制备纳米器件、传感器和拉曼增强基底等。