CN109128216A - 常温下金纳米粒子的合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了常温下金纳米粒子的合成方法，包括以下步骤：以双氧水预处理柠檬酸钠，得到的预处理液与氯金酸水溶液混合，在常温下搅拌，反应，得到金纳米粒子。本发明的常温下金纳米粒子的合成方法，在常温常压下即可反应，无需加热，安全性高，实现了常温下柠檬酸钠还原氯金酸生成金纳米粒子的目的；并且采用的氧化剂和还原剂均属于绿色试剂，采用的预处理剂为双氧水，分解产物为水和氧气，溶剂为水，无论是反应物还是产物均不污染环境，绿色环保。

Description

常温下金纳米粒子的合成方法
技术领域
本发明涉及金纳米粒子的合成技术领域，具体涉及一种常温下金纳米粒子的合成方法。
背景技术
纳米技术是以小结构或小尺寸材料为研究对象的一种技术。通常，研究人员将纳米的尺寸范围定义为从亚纳米到几百个纳米。纳米材料往往表现出与大块材料截然不同的物理性能，这些性能具有潜在的应用价值，部分纳米材料已经得到实际应用。纳米材料的应用基于以下特点，小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应。为了进一步拓展纳米材料在各领域的应用，纳米材料的合成成为纳米技术的首要基础。
对于纳米材料的合成工艺，可以按照多种方式进行分类。按生长介质，可分为气相生长，液相生长，固相生长以及混合生长等。按合成方式，可分为自下而上和自上而下两种。按加工类别，可以分为物理方法和化学方法两大类。其中，物理方法主要包括，蒸发冷凝法，物理破碎法，非晶晶化法，等离子体淀积法，溅射法等。化学方法主要包括溶胶凝胶法，微乳液法，介孔模板法，金属醇盐水解法，化学沉淀法，化学氧化还原法等。
对于以上不同的合成工艺，通常都有其一定的优势和局限性。在化学领域，通过氧化还原，使高价态的金属盐在还原剂作用下，还原为零价态的金属，并通过控制(增加表面活性剂、改变浓度、改变溶剂、更换前驱物和还原剂种类、改变温度和压力等)，形成一定尺寸和形貌的纳米结构。此基于氧化还原法的纳米材料合成工艺，已经得到深入研究，并得到广泛应用。
金纳米粒子的合成方法众多，常用的化学氧化还原法主要是将高价态的贵金属盐还原成零价的金属。在还原过程中通过调节内部和外部两方面的因素，控制合成纳米粒子的尺寸、形貌及排列方式。内部因素，包括贵金属盐和还原剂的种类、浓度等。外部因素，包括在反应中的添加剂、反应温度、外界压力、溶剂种类、搅拌速度、试剂添加顺序、以及反应所处的宏观环境，比如强光、磁场、对流、超声等。
Turkevich-Frens法是目前最常用的制备金纳米粒子的方法。该方法历史悠久，且所用的试剂相对绿色环保，合成的工艺也相对简单。该方法由Turkevich于1951年首创，并在1973年由Frens改进。该方法是在沸腾的水溶液中以柠檬酸钠作为保护剂和还原剂，还原氯金酸，形成金纳米粒子。但是该方法具有诸多缺点，需要在高温下进行反应，必须先要将溶液煮沸。这就需要反应液在油浴环境中，不仅需要高温加热设备，而且还需要搭建冷凝回流装置，同时因设备在加热，且反应时在通冷凝水，因此还需要实验人员值守，以防出现安全问题。同时，整个过程从加热、反应到冷却耗时较长。此外，实验完成后，反应所用的烧瓶因浸泡了硅油而较难清洗。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够在常温下进行的金纳米粒子的合成方法，该合成方法在常温常压下即可反应，无需加热，安全性高，实现了常温下以柠檬酸钠还原氯金酸生成金纳米粒子的目的。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种常温下金纳米粒子的合成方法，包括以下步骤：
以双氧水预处理柠檬酸钠，得到的预处理液与氯金酸水溶液混合，在常温下搅拌，反应，得到金纳米粒子。
本发明中，通过双氧水预处理柠檬酸钠，使柠檬酸钠部分反应，并使其在常温下具有还原性，从而实现了常温下以柠檬酸钠还原氯金酸生成金纳米粒子的目的。
本发明的合成方法合成的金纳米粒子，其平均尺寸在100nm以上，属于较大粒径的球形纳米粒子(参见附图1)。紫外-可见光谱测试表明，金纳米粒子的消光峰在580nm～600nm附近(参见附图2)，与扫描电子显微镜得到的结果相匹配。
作为优选，所述合成方法具体为：
将柠檬酸钠水溶液与双氧水混合以对柠檬酸钠进行预处理；得到的预处理液与氯金酸水溶液混合，在常温下搅拌，反应，得到金纳米粒子。
本发明中，氯金酸水溶液和混合液优选地在强烈搅拌下混合，反应十分迅速，在10秒内即可开始，可观察到溶液迅速由淡黄色转变成砖红色。
作为优选，所述柠檬酸钠水溶液的浓度为0.5％～10wt％；更优选地为1wt％。
作为优选，所述双氧水的浓度为30wt％。
作为优选，所述预处理的时间为1～10min；更优选地为10min。
作为优选，所述氯金酸水溶液的浓度为0.06％～0.18wt％；更优选地为0.1wt％。
作为优选，双氧水与柠檬酸钠的摩尔比为1:40～10:1；更优选地，双氧水与柠檬酸钠的摩尔比为2.5:1。
作为优选，柠檬酸钠与氯金酸的摩尔比为0.9:10～54:10；更优选地，柠檬酸钠与氯金酸的摩尔比为3:10。通过调节氯金酸和柠檬酸钠之间的加入比例，可调控合成的金纳米粒子的尺寸大小。
作为优选，反应温度为25～35℃。
为保证反应彻底进行完成，优选地将反应持续至少10分钟。
作为优选，还包括对合成的金纳米粒子进行离心清洗的步骤。更优选地，采用超纯水对所述合成的金纳米粒子进行离心清洗。
本发明的有益效果：
1.本发明的金纳米粒子的合成方法，在常温常压下即可反应，无需加热，安全性高，实现了常温下柠檬酸钠还原氯金酸生成金纳米粒子的目的。
2.本发明的合成方法中，采用的氧化剂和还原剂均属于绿色试剂，采用的预处理剂为双氧水，分解产物为水和氧气，溶剂为水，无论是反应物还是产物均不污染环境，绿色环保。
3.本发明的合成方法中所用的反应物，除氯金酸外，其他使用的试剂均价格低廉。另外，无需投入购买价格昂贵的仪器设备。
4.本发明的合成方法反应迅速，且无需加热，既不受设备的限制，也不受反应时间的拖累，因此，短时间内能大批量合成产品。
附图说明
图1是本发明制备的金纳米粒子的扫描电镜图；
图2是本发明制备的金纳米粒子的紫外-可见光谱消光图；
图3是本发明实施例1制备的金纳米粒子的扫描电镜图；
图4是本发明实施例2制备的金纳米粒子的扫描电镜图；
图5是本发明实施例3制备的金纳米粒子的扫描电镜图；
图6是本发明实施例4制备的金纳米粒子的扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例1
一种常温下金纳米粒子的合成方法，其步骤如下：
1.称取1.14g柠檬酸钠(国药)配成100mL水溶液。
2.将1g氯金酸(国药)配成1L水溶液。
3.取10mL上述柠檬酸钠水溶液，加入0.1mL 30％的双氧水(国药)，静置10分钟，进行预处理。
4.在25℃下，将5mL氯金酸水溶液和2mL超纯水加入圆底烧瓶中，在磁力搅拌下，加入1mL预处理过的柠檬酸钠水溶液，待10分钟后用超纯水离心清洗三遍，进行扫描电子显微镜表征，结果如图3所示。从图中可以看出，合成的纳米粒子尺寸分布均匀，平均粒径为125nm左右。
实施例2
一种常温下金纳米粒子的合成方法，其步骤如下：
1.称取1.14g柠檬酸钠(国药)配成100mL水溶液。
2.将1g氯金酸(国药)配成1L水溶液。
3.取10mL上述柠檬酸钠水溶液，加入0.1mL 30％的双氧水(国药)，静置10分钟，进行预处理。
4.在25℃下，将7mL氯金酸水溶液加入圆底烧瓶中，在磁力搅拌下，加入1mL预处理过的柠檬酸钠水溶液，待10分钟后用超纯水离心清洗三遍，进行扫描电子显微镜表征，结果如图4所示。从图中可以看出，合成的纳米粒子尺寸分布均匀，平均粒径为190nm左右。
实施例3
一种常温下金纳米粒子的合成方法，其步骤如下：
1.称取1.14g柠檬酸钠(国药)配成100mL水溶液。
2.将1g氯金酸(国药)配成1L水溶液。
3.取10mL上述柠檬酸钠水溶液，加入0.1mL 30％的双氧水(国药)，静置10分钟，进行预处理。
4.在35℃下，将5mL氯金酸水溶液和2mL超纯水加入圆底烧瓶中，在磁力搅拌下，加入1mL预处理过的柠檬酸钠水溶液，待10分钟后用超纯水离心清洗三遍，进行扫描电子显微镜表征，结果如图5所示。从图中可以看出，合成的纳米粒子尺寸分布均匀，平均粒径为110nm左右。
实施例4
一种常温下金纳米粒子的合成方法，其步骤如下：
1.称取1.14g柠檬酸钠(国药)配成100mL水溶液。
2.将1g氯金酸(国药)配成1L水溶液。
3.取10mL上述柠檬酸钠水溶液，加入0.1mL 30％的双氧水(国药)，静置10分钟，进行预处理。
4.在35℃下，将7mL氯金酸水溶液加入圆底烧瓶中，在磁力搅拌下，加入1mL预处理过的柠檬酸钠水溶液，待10分钟后用超纯水离心清洗三遍，进行扫描电子显微镜表征，结果如图6所示。从图中可以看出，合成的纳米粒子尺寸分布均匀，平均粒径为125nm左右。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种常温下金纳米粒子的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
以双氧水预处理柠檬酸钠，得到的预处理液与氯金酸水溶液混合，在常温下搅拌，反应，得到金纳米粒子。
2.如权利要求1所述的常温下金纳米粒子的合成方法，其特征在于，所述合成方法具体为：
将柠檬酸钠水溶液与双氧水混合以对柠檬酸钠进行预处理；得到的预处理液与氯金酸水溶液混合，在常温下搅拌，反应，得到金纳米粒子。
3.如权利要求2所述的常温下金纳米粒子的合成方法，其特征在于，所述柠檬酸钠水溶液的浓度为0.5％～10wt％。
4.如权利要求1或2所述的常温下金纳米粒子的合成方法，其特征在于，所述预处理的时间为1～10min。
5.如权利要求1或2所述的常温下金纳米粒子的合成方法，其特征在于，所述氯金酸水溶液的浓度为0.06％～0.18wt％。
6.如权利要求1或2所述的常温下金纳米粒子的合成方法，其特征在于，双氧水与柠檬酸钠的摩尔比为1:40～10:1。
7.如权利要求1或2所述的常温下金纳米粒子的合成方法，其特征在于，柠檬酸钠与氯金酸的摩尔比为0.9:10～54:10。
8.如权利要求1或2所述的常温下金纳米粒子的合成方法，其特征在于，反应温度为25～35℃。
9.如权利要求1或2所述的常温下金纳米粒子的合成方法，其特征在于，反应的时间不少于10min。
10.如权利要求1或2所述的常温下金纳米粒子的合成方法，其特征在于，还包括对合成的金纳米粒子进行离心清洗的步骤。
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