CN107199349A - 一种简单快速制备金纳米星的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种简单快速制备金纳米星的方法，其包括：将阳离子表面活性剂溴化季铵盐和氯金酸溶液均匀混合形成混合溶液并静置，之后加入还原剂而形成混合反应体系，再将该混合反应体系迅速置入一定的温度环境中，反应结束后获得尺寸均一的金纳米星。本发明提供的金纳米星合成方法解决了现有金纳米星合成工艺步骤繁琐、合成时间长及成本高的缺点，其简单易操作，整个反应只需要很短的时间即可完成，重复率高，可以有效的获得大量形貌良好且尺寸连续可调的金纳米星，而且原料易得、环境友好、安全无毒，适于大规模使用，利于金纳米星的广泛应用。

Description

一种简单快速制备金纳米星的方法

技术领域

本发明涉及一种纳米材料的制备方法，特别涉及一种简单快速制备金纳米星的方法。

背景技术

贵金属纳米颗粒包括金、银、铂等金属纳米颗粒。与其他纳米颗粒相比，贵金属纳米颗粒的优势在于，其具有独特的局域表面等离激元性质。其中，表面等离激元的性质受到颗粒的尺寸，形状以及所处环境等影响，并且使贵金属纳米颗粒有丰富的物理和化学性质。常见贵金属纳米颗粒的形态包括纳米棒、纳米星以及纳米片等，在物理、化学、生物等方面都有着广泛应用。

以金纳米星为例，其具有较高的各向异性以及尖锐边缘等特点，在纳米光学、传感、生物医疗及表面增强拉曼等领域具有重要的应用价值，已经受到了人们的广泛关注。然而，目前金纳米星合成方法步骤复杂，所需时间长，所需原料成本高，这些问题是制约该技术发展的瓶颈问题。因此，如何实现金纳米星的简单快速合成技术，对本领域人员来说，是一项具有挑战性的工作。

目前，金纳米星的制备方法包括一步法合成方式以及种子法合成方式等，这些合成方法大多是在含阳离子表面活性剂或聚乙烯吡咯烷酮的溶液中实现的。但这些方法有其各自的优缺点。例如，Murphy等利用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为表面活性剂，抗坏血酸作为还原剂，基于种子法合成得到了金纳米星颗粒，该方法的缺点是需要制备种子液以及生长液，同时反应所需要的时间较长。又如，谢建平等利用生物缓冲液试剂(HEPES)作为还原剂、稳定剂以及生物诱导剂，一步合成了金纳米星，该方法的缺点在于反应体系的pH值需要调节，且合成好的金纳米星在高温下不稳定，会转变成球状。再如，Luis等利用聚乙烯吡咯烷酮和二甲基酰胺的混合溶液合成了金纳米星颗粒，但该方法的缺点在于，需要先制备出聚乙烯吡咯烷酮包覆的种子溶液，操作较为复杂，时间较长。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种简单快速合成金纳米星的方法，其具有重复性高、产率高以及产物尺寸可调等优点，从而克服了现有技术的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供的一种简单快速制备金纳米星的方法包括：将阳离子表面活性剂和氯金酸溶液均匀混合形成混合溶液并静置，之后加入还原剂而形成混合反应体系，再将该混合反应体系迅速置入温度为25～95℃的环境中，反应结束后获得尺寸均一的金纳米星；其中，所述阳离子表面活性剂选自溴化季铵盐。

与现有技术相比，本发明所提供的金纳米星制备方法只需采用阳离子表面活性剂溴化季铵盐作为保护剂以及抗坏血酸等作为还原剂，并通过简单操作，在30分钟左右的时间内即可完成金纳米星的合成，原料廉价易得，工艺条件温和，无需保护性气氛等，可控性好，只需简单调整保护剂浓度及反应温度等工艺参数，即可实现对产物产率和尺寸等的调控，且安全无毒，环境友好，无污染，适于大规模使用，利于金纳米星的广泛应用。

附图说明

图1是本发明一典型实施方式中一种简单快速制备金纳米星的工艺流程图；

图2是本发明实施例2中利用不同浓度表面活性剂合成的金纳米星溶液的紫外可见吸收光谱图；

图3a-图3c是本发明实施例1、实施例2中利用不同浓度表面活性剂合成的金纳米星的扫描电子显微镜图；

图4是本发明实施例3中在不同水浴温度下合成的金纳米星溶液的紫外可见吸收光谱图；

图5a-图5d是本发明实施例3中在不同水浴温度下合成的金纳米星的扫描电子显微镜图。

具体实施方式

鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，非常意外的发现，当使用十六烷基三甲基溴化铵等阳离子表面活性剂溴化季铵盐作为保护剂，在合适摩尔浓度情况下，加入抗坏血酸等还原剂，并设定好合适的水浴温度，即可以有效的将氯金酸还原成金纳米星，从而实现金纳米星的简单、快速、大量制备。

基于前述意外发现，本案发明人得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。

本发明实施例提供的一种简单快速制备金纳米星的方法包括：将阳离子表面活性剂和氯金酸溶液均匀混合形成混合溶液并静置，之后加入还原剂而形成混合反应体系，再将该混合反应体系迅速置入设定温度环境中，反应结束后获得尺寸均一的金纳米星。

其中，所述阳离子表面活性剂选自溴化季铵盐。

进一步的，所述溴化季铵盐包括十六烷基三甲基溴化铵或十二烷基溴化铵，优选为十六烷基三甲基溴化铵。

进一步的，所述还原剂优选为抗坏血酸。

进一步的，所述还原剂与氯金酸的摩尔比优选为4：1。

在一些较佳实施方案中，所述的简单快速合成金纳米星的方法包括：将所述混合溶液静置1min～10min后，再加入还原剂而形成所述混合反应体系。

较为优选的，所述混合溶液所含阳离子表面活性剂的浓度为1mM～4mM。

在一些较佳实施方案中，所述的简单快速合成金纳米星的方法包括：将所述混合溶液静置后，再加入还原剂并充分混合，使形成的所述混合反应体系为无色溶液。

在一些实施方案中，所述设定温度环境可以为温度为25～95℃的环境，例如温度为25～95℃的水浴。

在一些较佳实施方案中，所述的简单快速合成金纳米星的方法包括：使所述混合反应体系在温度为25～95℃的环境中反应30min～50min而制得所述金纳米星。

在一些具体实施案例中，参阅图1所示，所述简单快速制备金纳米星的方法可以包括：取氯金酸溶液加入到阳离子表面活性剂溴化季铵盐的溶液中，将此混合液混合均匀静置数分钟，之后加入还原剂到混合液中，形成的混合体系迅速放入水浴中，反应结束后可以获得大量的金纳米星。

进一步的，在一较为优选的实施案例中，所述简单快速制备金纳米星的方法可以包括如下具体步骤：

(1)配置浓度在1mM～4mM之间的十六烷基三甲基溴化铵溶液，随后加入浓度约0.01M氯金酸溶液，将两种溶液混合均匀后，放置在室温条件下数分钟。

(2)向步骤(1)最终所获的溶液中加入浓度约0.01M的抗坏血酸溶液，摇晃振荡数次，直至溶液颜色变为无色，再将该溶液放入温度为25～95℃的水浴锅中反应直至结束。

本发明提供的金纳米星合成方法只需要大约30min即可完成金纳米星的合成，并且只需通过调节表面活性剂的摩尔浓度或者反应温度等工艺条件，就可以调节金纳米星的产率及尺寸大小和形貌，具有重复性高、产率高以及产物尺寸可调等优点，且制备工艺简单，条件温和，无需气体保护，原料廉价易得，安全无毒，环境友好，无污染，适于大规模使用。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图及若干较为优选的实施方式对本发明进行详细说明。这些优选实施方案的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本发明的实施方式仅仅是示例性的，并且本发明并不限于这些实施方式。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

实施例1本实施例中提供的金纳米星合成工艺包括如下步骤：

(1)配置5ml浓度为1mM的十六烷基三甲基溴化铵溶液，随后加入100μl浓度为0.01M的氯金酸溶液，将该两种溶液混合均匀后，在室温条件下放置数分钟，使溶液的颜色慢慢变为橘黄色。

(2)向步骤(1)最终所获溶液中加入400μl浓度为0.01M的抗坏血酸溶液，摇晃振荡数次，使混合溶液的颜色迅速变为无色。此时将该混合溶液迅速放入已设定好85℃水浴锅中，保持溶液在此水浴温度中反应大约30分钟，直至形成金纳米星。

采用本实施例工艺所获的金纳米星溶液的紫外可见吸收光谱如图2中的线1所示，可以看出，其紫外吸收光谱吸收峰在540nm左右。再请参阅图3a所示是本实施例所获金纳米星的扫描电子显微镜照片，可以看到，这些金纳米星的尺寸均匀，粒径约在200nm左右。

实施例2：本实施例中提供的金纳米星合成工艺与实施例1基本相同，区别之处在于：本实施例采用了一系列浓度梯度的十六烷基三甲基溴化铵溶液作为原料进行了多组对比实验。结果显示，采用不同浓度的十六烷基三甲基溴化铵溶液作为原料，可制得不同尺寸大小的金纳米星。

例如，图2中的线2和线3是分别采用浓度为2mM、4mM的十六烷基三甲基溴化铵溶液作为原料而获得的金纳米星溶液的紫外可见吸收光谱。可以看出，随着十六烷基三甲基溴化铵溶液的浓度越来越大，相应的金纳米星溶液吸收峰越来越宽，且吸收峰的强度越来越低，相对应的，所获金纳米星的尺寸逐渐变大(从纳米尺寸增加到微米尺寸)，直至变为树枝状的纳米结构，这一点可参阅图3b和图3c所示的扫描电子显微镜照片。

实施例3：本实施例中提供的金纳米星合成工艺与实施例1基本相同，区别之处在于：本实施例采用了一系列不同水浴温度进行了多组对比实验。结果显示，采用不同的水浴温度，水浴温度逐渐从25℃升高到95℃，可制得不同尺寸大小的金纳米星，且温度越高形状越大，最后变成树枝状的结构。

例如，图4中的线1至线4是分别采用温度为25℃、45℃、65℃、95℃而获得的金纳米星溶液的紫外可见吸收光谱。同时结合着图3a在85℃时得到的结果。可以看出，随着水浴温度的升高，吸收峰半峰宽度变小，相对应的，请参阅图5a-图5d，所获金纳米星的尺寸逐渐变大，直至成为树枝状的纳米结构，而结合图4及图5，还可以看到金纳米星的纯度亦逐渐变高。

本发明提供的金纳米星合成工艺解决了现有金纳米星合成步骤繁琐、合成时间长及成本高的缺点，其简单易操作，整个反应只需要很短的时间即可完成，重复率高，可以有效的获得大量形貌良好且尺寸连续可调的金纳米星，而且原料易得、环境友好、安全无毒，非常容易广泛推广。

应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种简单快速制备金纳米星的方法，其特征在于包括：将阳离子表面活性剂和氯金酸溶液均匀混合形成混合溶液并静置，之后加入还原剂混合均匀，再将该混合反应体系迅速置入温度为25～95℃的环境中，反应结束后获得尺寸均一的金纳米星；其中所述阳离子表面活性剂选自溴化季铵盐。

2.根据权利要求1所述的简单快速合成金纳米星的方法，其特征在于：所述溴化季铵盐包括十六烷基三甲基溴化铵或十二烷基溴化铵。

3.根据权利要求2所述的简单快速合成金纳米星的方法，其特征在于：所述溴化季铵盐为十六烷基三甲基溴化铵。

4.根据权利要求1所述的简单快速合成金纳米星的方法，其特征在于：所述还原剂包括抗坏血酸，且所述还原剂与氯金酸的摩尔比为4：1。

5.根据权利要求1所述的简单快速合成金纳米星的方法，其特征在于包括：将所述混合溶液静置1min～10min后，再加入还原剂而形成所述混合反应体系。

6.根据权利要求1或5所述的简单快速合成金纳米星的方法，其特征在于：所述混合溶液所含阳离子表面活性剂的浓度为1mM～4mM。

7.根据权利要求1或5所述的简单快速合成金纳米星的方法，其特征在于包括：将所述混合溶液静置后，再加入还原剂并充分混合，使形成的所述混合反应体系为无色溶液。

8.根据权利要求1所述的简单快速合成金纳米星的方法，其特征在于包括：使所述混合反应体系在温度为25～95℃的环境中反应30min～50min而制得所述金纳米星。