CN108580923A - 一种咪唑阳离子修饰碳量子点辅助制备纳米金的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种咪唑阳离子修饰碳量子点辅助制备纳米金的方法。本发明利用热解柠檬酸与氨基咪唑溴盐制备的咪唑阳离子修饰碳量子点代替阳离子表面活性剂，通过种子生长法制备了一系列纳米金。本发明克服了阳离子表面活性剂毒性大的缺点，成本低，环境友好，拓展了碳量子点的应用领域，丰富了纳米金可控合成所需包覆剂的种类。

Description

一种咪唑阳离子修饰碳量子点辅助制备纳米金的方法
技术领域
本发明涉及一种咪唑阳离子修饰碳量子点辅助制备纳米金的方法，属于新材料领域。
背景技术
合成形貌可控的金纳米结构，大多都需要表面活性剂作为包覆剂来精确控制金纳米晶体的成核及生长。表面活性剂与金之间的相互作用会影响金纳米晶体的动力学生长过程。甚至有的表面活性剂可作为模板来影响金纳米晶体的生长。目前，应用最多的是阳离子表面活性剂，特别是季铵盐型阳离子表面活性剂。这是由于金纳米颗粒周围带有大量的负电荷易与阳离子头基之间产生较强的静电相互作用（M. Grzelczak, J. Perez-Juste, P.Mulvaney and L. M. Liz-Marzan, Chem. Soc. Rev., 2008, 37, 1783-1791）。其中咪唑类离子液体在金纳米棒、金纳米片等也有了很好的应用（X. Bai, Y. Gao, H. Liu and L.Zheng, J. Phys. Chem. C, 2009, 113, 17730-17736）。但是阳离子表面活性剂生物相容性差，限制了其应用范围。
碳量子点是尺寸小于10 nm，具有准球形结构，能稳定发光的一种纳米碳。碳量子点作为碳纳米材料家族的一颗新星，具有良好的水溶性，很高的发光稳定性，无光漂白，良好的生物相容性，因此在细胞成像、生化传感、重金属检测、药物载体、光催化及光电子器件等领域有很大的应用前景（S. Y. Lim, W. Shen and Z. Gao, Chem. Soc. Rev., 2015,44, 362-381）。如果用碳量子点代替阳离子表面活性剂来辅助制备纳米金，将克服阳离子表面活性剂毒性大的缺点，因此将在催化、生物、医学、检测等方面有很大的应用前景。但是目前所制备的碳量子点多数是带负电荷的，跟金纳米颗粒无静电相互作用。
发明内容
为了解决金纳米晶体合成过程中所用的阳离子表面活性剂生物相容性差，而碳量子点带负电不能用于纳米金合成的问题，本发明提供了一种咪唑阳离子修饰碳量子点辅助制备纳米金的方法。该方法用生物相容性好的碳量子点代替阳离子表面活性剂，成本低，环境友好。
本发明参考一类离子液体修饰碳量子点的制备方法（申请号：201410348124.9），通过热解柠檬酸与氨基咪唑溴盐制备了咪唑阳离子修饰碳量子点。利用所制备的正电碳量子点代替阳离子表面活性剂，通过种子生长法制备了一系列纳米金。本发明拓展了碳量子点的应用领域，丰富了纳米金可控合成所需包覆剂的种类。
一种咪唑阳离子修饰碳量子点辅助制备纳米金的方法，其特征在于具体步骤如下：
①晶种的配置：将氯金酸（HAuCl4）水溶液加入碳量子点水溶液中，然后加入硼氢化钠（NaBH4）水溶液即得晶种，晶种在2~4 h之后使用；
②生长液的配置：将HAuCl4水溶液加入碳量子点水溶液中即得生长液，将等体积的生长液分别装到A、B、C三个小瓶中，然后再向其中分别加入等体积的抗坏血酸水溶液，向C中加入添加剂；
③向A中加入晶种，振荡10 s，从A中取与向A中加入的晶种等体积的溶液加入B中，振荡10 s，再从B中取与向A中加入的晶种等体积的溶液加入到C中，振荡10 s后，静置10~15h；
所述碳量子点的结构为：
。
所述①中碳量子点水溶液的浓度为0.2~0.5 mg×mL-1，HAuCl4水溶液的浓度为0.01 mol×L-1，NaBH4水溶液的浓度为0.01 mol×L-1。
所述①中碳量子点水溶液与HAuCl4水溶液的体积比为20:1~40:1，HAuCl4水溶液与NaBH4水溶液的体积比为1:2~1:3。
所述②中碳量子点水溶液的浓度为0.4~1.0 mg×mL-1，HAuCl4水溶液的浓度为0.001 mol×L-1，抗坏血酸水溶液的浓度为0.1 mol×L-1。
所述②中碳量子点水溶液与HAuCl4水溶液的体积比为2:1~3:1。
所述②中加入到A、B、C三个小瓶中的生长液与抗坏血酸水溶液的体积比为10:1~20:1。
所述②中添加剂的种类为HNO3、HCl或H2SO4。
所述②中加入到A、B、C三个小瓶中的生长液与添加剂的体积比为12:1~120:1。
所述③中加入到A、B、C三个小瓶中的生长液与加入晶种的体积比为10:1~20:1。
本发明的技术要点有以下两个方面：(1) 热解柠檬酸与氨基咪唑溴盐制备了咪唑阳离子修饰碳量子点；(2) 利用所制备的正电碳量子点代替阳离子表面活性剂，通过种子生长法制备了一系列纳米金。
本发明的突出特色是：1) 用生物相容性好的碳量子点代替阳离子表面活性剂，成本低，环境友好；2) 创新性地将碳量子点引入到纳米金的可控合成中；3) 合成金纳米的形貌比较奇特。
本发明的优势在于，用碳量子点代替阳离子表面活性剂来辅助制备纳米金，克服了阳离子表面活性剂毒性大的缺点。拓展了碳量子点的应用领域，丰富了纳米金可控合成所需包覆剂的种类。
附图说明
图1为实施例1中得到的透射电子显微镜(TEM)图。
图2为实施例2中得到的TEM图。
图3为实施例3中得到的TEM图。
具体实施方式
实施例1
晶种的配置：配置2.5 mL 0.2 mg×mL-1碳量子点水溶液，向其中加入83 μL 0.01 mol×L-1的氯金酸（HAuCl4）溶液，再加入200 μL 0.01 mol×L-1新鲜配置的硼氢化钠（NaBH4）溶液。新鲜配置的晶种在2 h之后使用。
生长液的配置：配置2.5 mL 0.4 mg×mL-1碳量子点水溶液，向其中加入1 mL0.001 mol×L-1的HAuCl4溶液。将上述配好的生长液分别取0.6 mL装到A, B, C三个小瓶中。再向三个小瓶中分别加入40 μL 0.1 mol×L-1的抗坏血酸。向C中加入5 μL的浓HNO3。
向A中加入40 μL的晶种，振荡10 s，从A中取40 μL溶液加入到B中，振荡10 s，再从B中取40 μL溶液加入到C中，振荡10 s后。静置12 h。
实施例2
在实施例1的基础上，将加入浓HNO3的体积改为15 μL。
实施例3
在实施例1的基础上，将加入浓HNO3的体积改为25 μL。
实施例4
在实施例1的基础上，将加入浓HNO3的体积改为35 μL。
实施例5
在实施例1的基础上，用浓HCl代替浓HNO3。
实施例6
在实施例5的基础上，将加入浓HCl的体积改为15 μL。
实施例7
在实施例5的基础上，将加入浓HCl的体积改为25 μL。
实施例8
在实施例5的基础上，将加入浓HCl的体积改为35 μL。
实施例9
在实施例1的基础上，用浓H2SO4代替浓HNO3。
实施例10
在实施例9的基础上，将加入浓H2SO4的体积改为15 μL。
实施例11
在实施例9的基础上，将加入浓H2SO4的体积改为25 μL。
实施例12
在实施例9的基础上，将加入浓H2SO4的体积改为35 μL。
实施例13
晶种的配置：配置2.5 mL 0.4 mg×mL-1碳量子点水溶液，向其中加入83 μL 0.01 mol×L-1的氯金酸（HAuCl4）溶液，再加入200 μL 0.01 mol×L-1新鲜配置的硼氢化钠（NaBH4）溶液。新鲜配置的晶种在3 h之后使用。
生长液的配置：配置2.5 mL 0.8 mg×mL-1碳量子点水溶液，向其中加入1 mL0.001 mol×L-1的HAuCl4溶液。将上述配好的生长液分别取0.6 mL装到A, B, C三个小瓶中。再向三个小瓶中分别加入40 μL 0.1 mol×L-1的抗坏血酸。向C中加入15 μL的浓HNO3。
向A中加入40 μL的晶种，振荡10 s，从A中取40 μL溶液加入到B中，振荡10 s，再从B中取40 μL溶液加入到C中，振荡10 s后。静置14 h。
实施例14
晶种的配置：配置2.5 mL 0.5 mg×mL-1碳量子点水溶液，向其中加入83 μL 0.01 mol×L-1的氯金酸（HAuCl4）溶液，再加入200 μL 0.01 mol×L-1新鲜配置的硼氢化钠（NaBH4）溶液。新鲜配置的晶种在3 h之后使用。
生长液的配置：配置2.5 mL 1.0 mg×mL-1碳量子点水溶液，向其中加入1 mL0.001 mol×L-1的HAuCl4溶液。将上述配好的生长液分别取0.6 mL装到A, B, C三个小瓶中。再向三个小瓶中分别加入40 μL 0.1 mol×L-1的抗坏血酸。向C中加入25 μL的浓HNO3。
向A中加入40 μL的晶种，振荡10 s，从A中取40 μL溶液加入到B中，振荡10 s，再从B中取40 μL溶液加入到C中，振荡10 s后。静置15 h。

Claims (9)

1.一种咪唑阳离子修饰碳量子点辅助制备纳米金的方法，其特征在于具体步骤如下：
①晶种的配置：将氯金酸水溶液加入碳量子点水溶液中，然后加入硼氢化钠水溶液即得晶种，晶种在2~4 h之后使用；
②生长液的配置：将HAuCl4水溶液加入碳量子点水溶液中即得生长液，将等体积的生长液分别装到A、B、C三个小瓶中，然后再向其中分别加入等体积的抗坏血酸水溶液，向C中加入添加剂；
③向A中加入晶种，振荡10 s，从A中取与向A中加入的晶种等体积的溶液加入B中，振荡10 s，再从B中取与向A中加入的晶种等体积的溶液加入到C中，振荡10 s后，静置10~15h；
所述碳量子点的结构为：
。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述①中碳量子点水溶液的浓度为0.2~0.5mg×mL-1，HAuCl4水溶液的浓度为0.01 mol×L-1，NaBH4水溶液的浓度为0.01 mol×L-1。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述①中碳量子点水溶液与HAuCl4水溶液的体积比为20:1~40:1，HAuCl4水溶液与NaBH4水溶液的体积比为1:2~1:3。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述②中碳量子点水溶液的浓度为0.4~1.0mg×mL-1，HAuCl4水溶液的浓度为0.001 mol×L-1，抗坏血酸水溶液的浓度为0.1 mol×L-1。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述②中碳量子点水溶液与HAuCl4水溶液的体积比为2:1~3:1。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述②中加入到A、B、C三个小瓶中的生长液与抗坏血酸水溶液的体积比为10:1~20:1。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述②中加入到A、B、C三个小瓶中的生长液与添加剂的体积比为12:1~120:1。
8.如权利要求1或7所述的方法，其特征在于所述②中添加剂的种类为HNO3、HCl或H2SO4。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述③中加入到A、B、C三个小瓶中的生长液与加入晶种的体积比为10:1~20:1。
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