CN111168058A - janus金纳米棒@硫化铜纳米材料、核壳金纳米棒@硫化铜纳米材料及制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种janus金纳米棒@硫化铜纳米材料、核壳金纳米棒@硫化铜纳米材料及制备方法和应用,janus AuNRs@Cu2‑xS复合纳米材料的制备方法为:将金纳米棒、十六烷基三甲基溴化铵、牛血清白蛋白、铜源于溶剂中混合得到混合液,接着将混合液的pH调节至碱性,接着于70‑90℃下进行水热反应以得到janus AuNRs@Cu2‑xS复合纳米材料。该janus金纳米棒@硫化铜复合纳米材料具有等离子体耦合作用、高的光热稳定性和光热转换效率特性,核壳金纳米棒@硫化铜复合纳米材料具有高的光热稳定性和光热转换效率的特性。
Description
技术领域
本发明涉及金纳米@硫化铜复合纳米材料,具体地,涉及一种janus金纳米棒@硫化铜纳米材料、核壳金纳米棒@硫化铜纳米材料及制备方法和应用。
背景技术
近年来,双金属-半导体等离子体纳米颗粒(NPs)因其协同性能和在不同领域的应用潜力而成为引人注目的纳米超结构。将等离子体金纳米棒和等离子体Cu2-xS半导体构筑成复合纳米材料,由于两者之间的协同作用和表面等离子体耦合,不仅有利于高效的光热治疗应用,而且会表现出优异的性能或新的功能。
到目前为止,已经开发了一些化学体系来制备双金属-半导体等离子体复合材料。尽管取得了这些实质性的成果,但仍然缺乏一个通用的合成方法,难以通过环境友好的实验条件,精确地获得具有不同混合结构的纳米粒子(例如core@shell、Janus等结构)。
发明内容
本发明的目的是提供一种janus金纳米@硫化铜复合纳米材料、核壳金纳米@硫化铜复合纳米材料及其制备方法和应用,该janus金纳米@硫化铜复合纳米材料具有等离子体耦合作用、高的光热稳定性和光热转换效率特性进而能够应用到光热转换中,核壳金纳米棒@硫化铜复合纳米材料具有高的光热稳定性和光热转换效率的特性进而能够应用到光热转换中,上述两种复合材料的制备方法具有操作简单、稳定性好、环境友好、可控合成两种复合材料的特性。
为了实现上述目的,本发明提供了一种janus AuNRs@Cu2-xS复合纳米材料的制备方法,该制备方法为:将AuNRs、CTAB、BSA、铜源于溶剂中混合得到混合液,接着将混合液的pH调节至碱性,接着于70-90℃下进行水热反应以得到janus AuNRs@Cu2-xS复合纳米材料。
本发明还提供了一种Core@Shell AuNRs@Cu2-xS复合纳米材料的制备方法,该制备方法为:将AuNRs、CTAB、BSA、铜源于溶剂中混合得到混合液,接着将混合液的pH调节至碱性,接着于50-60℃下进行水热反应以得到Core@Shell AuNRs@Cu2-xS复合纳米材料。
本发明进一步地提供了一种janus AuNRs@Cu2-xS复合纳米材料,该janus AuNRs@Cu2-xS复合纳米材料通过上述的制备方法制备而得。
本发明更进一步地提供了一种Core@Shell AuNRs@Cu2-xS复合纳米材料,该Core@Shell AuNRs@Cu2-xS复合纳米材料通过上述的制备方法制备而得。
本发明还进一步地一种如上述的Core@Shell AuNRs@Cu2-xS复合纳米材料或如上述的Core@Shell AuNRs@Cu2-xS复合纳米材料在光热转换中的应用。
在上述技术方案中,本发明我们提出了一种调控“成核位点”的策略,用于在温和条件下制备两种Au-Cu2-xS纳米结构,即core@shell(其中金纳米棒为核,硫化铜为壳)和Janus纳米粒子。如图15所示,在预先合成AuNRs的情况下,引入CTAB和BSA分子可以很好地调节AuNRs表面成核位点的数量,进而调节复合纳米材料的结构。BSA分子还可以作为稳定剂、还原剂,以及作为Cu2-xS产品的S2-源。在相同的AuNRs浓度下,当CTAB和BSA的浓度较低时,AuNRs表面的活性位点较少,获得了AuNR@Cu2-xS纳米薄片Janus纳米粒子;相反,在CTAB和BSA的浓度较高下,Cu2-xS能够更多、更均匀地在AuNRs周围进行成核和生长,最终生成core@shell AuNR@Cu2-xS纳米粒子。此外,在较低温度下(50-60℃),能够减缓Cu2-xS的成核和生长的速度,从而更有利于core@shell粒子的形成;而在较高温度下(70-90℃),能够加快Cu2-xS的成核和生长的速度,便于Janus纳米粒子的获得。通过上述方法可以精确地获得具有不同混合结构的纳米粒子,丰富了纳米制备体系,促进混合金属-半导体等离子体纳米材料的应用,尤其是在光热转换领域中的应用。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与下面的具体实施方式一起用于解释本发明,但并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1为实施例1的产物的大尺度透射电镜表征图;
图2为实施例1的产物的小尺度透射电镜表征图;
图3为实施例2的产物的大尺度透射电镜表征图;
图4为实施例2的产物的小尺度透射电镜表征图;
图5为实施例1的产物的原子力显微镜表征图;
图6为实施例2的产物的原子力显微镜表征图;
图7为实施例1-2的产物的消光光谱表征图;
图8为实施例1的产物的高分辨透射电镜表征图;
图9为实施例2的产物的高分辨透射电镜表征图;
图10为实施例1-2的产物的XRD表征图;
图11为实施例1的产物的S元素2p的XPS表征图;
图12为实施例2的产物的S元素2p的XPS表征图;
图13为实施例1的产物的Cu 2p的XPS表征图;
图14为实施例2的产物的Cu 2p的XPS表征图;
图15为本发明提供的制备方法的原理图;
图16为AuNR、Janus AuNRs@Cu2-xS和Cu2-xS纳米片的FDTD模拟图;
图17为AuNR、Janus AuNRs@Cu2-xS和Cu2-xS的电场分布以及JanusAuNRs@Cu2-xS沿纵向的电场密度曲线图;
图18为Janus AuNRs@Cu2-xS和core@shell AuNRs@Cu2-xS的光热转换效果图;
图18-1为不同浓度的Janus AuNRs@Cu2-xS在808nm激光下辐照不同时间的光热成像图;
图19为Janus AuNRs@Cu2-xS、core@shell AuNRs@Cu2-xS、AuNRs和纯水的光热剖面图;
图20为AuNRs、Janus AuNRs@Cu2-xS和core@shell AuNRs@Cu2-xS的光热剖面图,以及-lnθ与时间的线性关系图;
图21为AuNRs、Janus AuNRs@Cu2-xS和core@shell AuNRs@Cu2-xS在6个辐照/冷却循环的温度变化图;
图22为Janus AuNRs@Cu2-xS经6个辐照/冷却循环前后的消光光谱图及循环前、后的TEM图;
图23为core@shell AuNRs@Cu2-xS经6个辐照/冷却循环前后的消光光谱图及循环前、后的TEM图;
图24为AuNRs经6个辐照/冷却循环前后的消光光谱图;
图25为AuNRs经6个辐照/冷却循环前、后的TEM图。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明,并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值,这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说,各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间,以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围,这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供了一种janus AuNRs@Cu2-xS复合纳米材料的制备方法,该制备方法为:将AuNRs、CTAB、BSA、铜源于溶剂中混合得到混合液,接着将混合液的pH调节至碱性,接着于70-90℃下进行水热反应以得到janusAuNRs@Cu2-xS复合纳米材料;其中,AuNRs、CTAB、BSA的用量比0.0075nmol:0.72-2.92mg:100-300mg;优选0.0075nmol:1.7-1.9mg:180-220mg。
本发明还提供了一种Core@Shell AuNRs@Cu2-xS复合纳米材料的制备方法,该制备方法为:将AuNRs、CTAB、BSA、铜源于溶剂中混合得到混合液,接着将混合液的pH调节至碱性,接着于50-60℃下进行水热反应以得到Core@Shell AuNRs@Cu2-xS复合纳米材料;其中,AuNRs、CTAB、BSA的用量比为0.0025nmol:25.5-47.4mg:100-300mg;优选AuNRs、CTAB、BSA的用量比为0.0025nmol:35.0-37.0mg:180-220mg。
在janus AuNRs@Cu2-xS复合纳米材料的制备方法中,各物料的用量可以在宽的范围内选择,但是为了进一步合成单分散性好的纳米粒子,优选地,AuNRs、铜源的用量比为0.0075nmol:1-2nmol。
在janus AuNRs@Cu2-xS复合纳米材料的制备方法中,溶剂的用量可以在宽的范围内选择,但是为了进一步合成单分散性好的纳米粒子,优选地,AuNRs、溶剂的用量比为0.0075nmol:10-30mL。
在janus AuNRs@Cu2-xS复合纳米材料的制备方法中,水热反应的时间可以在宽的范围内选择,但是为了进一步合成单分散性好的纳米粒子,优选地,水热反应的时间为5-7h。
在Core@Shell AuNRs@Cu2-xS复合纳米材料的制备方法中,水热反应的时间可以在宽的范围内选择,但是为了进一步合成单分散性好的纳米粒子,优选地,优选地,AuNRs、铜源的用量比为0.0025nmol:8-12nmol。
在Core@Shell AuNRs@Cu2-xS复合纳米材料的制备方法中,溶剂的用量可以在宽的范围内选择,但是为了进一步合成单分散性好的纳米粒子,优选地,AuNRs、溶剂的用量比为0.0025nmol:10-30mL。
在Core@Shell AuNRs@Cu2-xS复合纳米材料的制备方法中,水热反应的时间可以在宽的范围内选择,但是为了进一步合成单分散性好的纳米粒子,优选地,优选地,水热反应的时间各自独立地为11-13h。
在janus AuNRs@Cu2-xS复合纳米材料、Core@Shell AuNRs@Cu2-xS复合纳米材料的制备方法中,铜源的种类可以在宽的范围内选择,但是为了进一步合成单分散性好的纳米粒子,优选地,铜源选自硫酸铜、氯化铜、硝酸铜、醋酸铜中的至少一者。
在janus AuNRs@Cu2-xS复合纳米材料、Core@Shell AuNRs@Cu2-xS复合纳米材料的制备方法中,AuNRs的尺寸可以在宽的范围内选择,但是为了进一步合成单分散性好的纳米粒子,优选地,AuNRs满足以下条件:纵向长50-60nm,横向长16-18nm。
在janus AuNRs@Cu2-xS复合纳米材料、Core@Shell AuNRs@Cu2-xS复合纳米材料的制备方法中,pH的调节尺度可以在宽的范围内选择,但是为了进一步合成单分散性好的纳米粒子,优选地,pH调节后,体系的pH为11-13;具体地,pH调节可以采用碱性化合物进行调节,如氢氧化钠溶液。
在janus AuNRs@Cu2-xS复合纳米材料、Core@Shell AuNRs@Cu2-xS复合纳米材料的制备方法中,溶剂的具体种类可以在宽的范围内选择,但是为了进一步合成单分散性好的纳米粒子,优选地,溶剂为水、乙醇、油胺中的至少一者。
在janus AuNRs@Cu2-xS复合纳米材料的制备方法、Core@ShellAuNRs@Cu2-xS复合纳米材料的制备方法中,产物的提纯方法可以在采用多种方式,但是为了简化操作步骤以及提高产物的纯度,优选地,在水热反应结束后,将反应体系进行离心去除上清液以得到反应产物。
在上述实施方式中,离心的具体条件可以在宽的范围内选择,但是为了进一步提高纯度,优选地,离心满足以下条件:转速为7000-8000r/min,离心时间为8-12min。
本发明进一步地提供了一种janus AuNRs@Cu2-xS复合纳米材料,该janus AuNRs@Cu2-xS复合纳米材料通过上述的制备方法制备而得。
本发明更进一步地提供了一种Core@Shell AuNRs@Cu2-xS复合纳米材料,该Core@Shell AuNRs@Cu2-xS复合纳米材料通过上述的制备方法制备而得。
本发明还进一步地一种如上述的Core@Shell AuNRs@Cu2-xS复合纳米材料或如上述的Core@Shell AuNRs@Cu2-xS复合纳米材料在光热转换中的应用。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中,M表示mol/L,如mM表示mmol/L,nM表示nmol/L。AuNRs采用夏云生课题组发表文献“Zhu H,Wang Y,Chen C,etal.Monodisperse dual plasmonic Au@Cu2–xE(E=S,Se)core@shell supraparticles:aqueous fabrication,multimodal imaging,and tumor therapy at in vivo level[J].ACS nano,2017,11(8):8273-8281”记载的方法制备而得,AuNRs的尺寸为纵向长50-60nm,横向长16-18nm。
实施例1
将1.0mL AuNRs溶液(7.5nM)和5.0mL CTAB溶液(1.0mM)在室温下充分搅拌,然后加入2.5mL BSA溶液(80mg/mL)混匀后加入0.5mL CuSO4溶液(3mM),并用NaOH溶液(1M)调节pH值为12,用水定容到10mL,充分搅拌后置于80℃水浴锅中静置反应,6h后将反应后的体系于10mL离心管中以7500r/min离心10min,去除上清液,将沉淀物分散在去离子水中并保存于4℃的冰箱上层。
实施例2
将1.0mL AuNRs溶液(2.5nM)和5.0mL CTAB溶液(20.0mM)在室温下充分搅拌,然后加入2.5mL BSA溶液(80mg/mL)混匀后加入0.5mLCuSO4溶液(20.0mM)溶液,并用NaOH溶液(1M)调节pH值为12,用水定容到10mL,充分搅拌后置于55℃水浴锅中静置反应,12h后将反应后的体系于10mL离心管中以7500r/min离心10min,去除上清液,将沉淀分散在去离子水中并保存于4℃的冰箱上层。
实施例3
按照实施例1的方法进行,所不同的是,水浴锅中静置反应的条件为:反应温度为70℃,反应时间为7h。
实施例4
按照实施例1的方法进行,所不同的是,水浴锅中静置反应的条件为:反应温度为90℃,反应时间为5h。
实施例5
按照实施例2的方法进行,所不同的是,水浴锅中静置反应的条件均为:反应温度为50℃,反应时间为13h。
实施例6
按照实施例2的方法进行,所不同的是,水浴锅中静置反应的条件为:反应温度为60℃,反应时间为11h。
实施例7
按照实施例1的方法进行,所不同的是,CTAB溶液的用量为:5mL、0.4mM,BSA溶液的用量为:2.5mL、40mg/mL。
实施例8
按照实施例1的方法进行,所不同的是,CTAB溶液的用量为:5mL、1.6mM,BSA溶液的用量为:2.5mL、120mg/mL。
实施例9
按照实施例2的方法进行,所不同的是,CTAB溶液的用量为:5mL、14.0mM,BSA溶液的用量为:2.5mL、40mg/mL。
实施例10
按照实施例2的方法进行,所不同的是,CTAB溶液的用量为:5mL、26.0mM,BSA溶液的用量为:2.5mL、120mg/mL。
检测例1
1)通过的透射电子显微镜(Hitachi公司HT-7800)实施例1-2的产物进行透射电镜检测,检测结果见图1-4,图1为实施例1的产物的大尺度透射电镜表征图,图2为实施例1的产物的小尺度透射电镜表征图,图3为实施例2的产物的大尺度透射电镜表征图,图4为实施例2的产物的小尺度透射电镜表征图,由图证实了两种单分散异质结构的合成成功,JanusAuNRs@Cu2-xS的AuNRs上所包覆的Cu2-xS是不对称的,Cu2-xS的粒径为28.3±3.9nm,而Core@Shell AuNRs@Cu2-xS的AuNRs所上包覆得Cu2-xS是对称的,Cu2-xS的粒径为37.5±6.3nm。
2)通过原子力显微镜(NT-MDT Prima)对实施例1-2的产物进行检测,检测结果见图5-6,图5为实施例1的产物的表征图,图6为实施例2的产物的表征图,由图证实了JanusAuNRs@Cu2-xS上包覆的Cu2-xS为片状结构,Cu2-xS纳米片的厚度为13nm左右,Core@ShellAuNRs上包覆的Cu2-xS则为对称的核壳结构。
3)通过的紫外-可见分光光度计(Hitachi公司U-2910)对实施例1-2的产物进行消光光谱检测,检测结果见图7(图中上边的曲线代表Core@Shell AuNRs@Cu2-xS,下边的曲线代表Janus AuNRs@Cu2-xS),由图可知,由于组分/形态的调制作用,实施例1-2的复合纳米材料的SPR波段可以达到NIR-II窗口(1000-1350nm),这些光学特性丰富了材料的应用范畴。
4)通过高分辨透射电镜(日本Hitachi公司)对实施例1-2的产物进行高分辨透射电镜检测,检测结果见图8-9,图8为实施例1的产物的高分辨透射电镜表征图,图9为实施例2的产物的高分辨透射电镜表征图,由图证实了Janus和Core@Shell AuNRs@Cu2-xS两种结构包覆的Cu2-xS为多晶结构且结晶性不好。
5)通过X射线衍(XRD-6000)对实施例1-2的产物进行X射线衍射检测,检测结果见图10(图中下边的曲线代表Core@Shell AuNRs@Cu2-xS,上边的曲线代表Janus AuNRs@Cu2- xS),由图证实了Janus结构只有裸露AuNRs的衍射峰,Core@Shell结构由于被Cu2-xS完全包覆则无衍射峰,进一步证实了Cu2-xS的结晶性差。
6)通过X射线光电子能谱(ThermoFisher ESCALAB 250Xi)对实施例1-2的产物进行X射线光电子能谱检测,检测结果见图11-14,图11为实施例1的产物的S元素2p的XPS表征图,图12为实施例2的产物的S元素2p的XPS表征图,图13为实施例1的产物的Cu 2p的XPS表征图,图14为实施例2的产物的Cu 2p的XPS表征图。
由图11-12可知,Janus结构S2p XPS谱图在161.56eV和162.95eV处有主要的双峰,在164.47eV处有也有一明显的峰,这是金属硫化物的典型值,可以分别归为S2-和S2 2-。167.76eV和168.85eV的峰则归为S的氧化物,分别为C-SO3 -和SO4 2-。同样,Core@Shell结构S2p XPS谱图在161.68eV,162.92eV,164.20eV处的峰归属为S2-和S2 2-,167.90eV和169.00eV的峰归为C-SO3 -和SO4 2-。
由图13-14可知,Janus结构在931.95eV和951.88eV处出现了两个强峰值,这与Cu+2p3/2和2p1/2的文献数据相一致,可以认为产物中有Cu+。另外,Cu+2p3/2和2p1/2的高结合能旁的两个低强度组分,即932.74eV和953.23eV,与Cu2+结合能相一致,可以归属于Cu2+。同样Core@Shell结构Cu2p XPS谱图在931.89eV、951.70eV和932.95eV、953.50eV的峰归属为Cu+和Cu2+。上述结果表明,产物是结晶性差的、非化学计量的AuNRs@Cu2-xS复合纳米材料。
7)按照实施例1的方法进行,所不同的是,未添加AuNRs溶液得到Cu2-xS纳米片。对AuNR(60*8nm)、实施例1制得的Janus AuNRs@Cu2-xS和Cu2-xS纳米片(60*30*13nm)进行时域有限差分(FDTD)计算光学特性,得到AuNRs、Janus AuNRs@Cu2-xS和Cu2-xS半导体的消光光谱和电场分布,结果见图16;其中,A部分为FDTD模拟AuNR、Janus AuNRs@Cu2-xS和Cu2-xS的吸收光谱图,B、C部分为AuNR表征图,D部分为Cu2-xS表征图,E、F部分为Janus AuNRs@Cu2-xS表征图。
A部分的黑色曲线可以看出,AuNRs的最大消光峰为511nm和803nm,这是由电子在AuNRs表面横向(B部分)和纵向(C部分)的共振引起的。Janus AuNRs@Cu2-xS的最大消光光谱带为777和1510nm(E部分和F部分),与实验数据基本一致。对于Cu2-xS纳米薄片本身(在Janus AuNRs@Cu2-xS内),计算出的最大消光峰位于1362nm处(D部分)。这些结果表明,AuNRs和Cu2-xS纳米薄片在形成Janus纳米复合材料时,其电场具有较强的耦合效应。
8)为了进一步研究Au和Cu2-xS之间的相互作用,在808nm激光照射下,检测AuNR(结果见图17中A部分)、实施例1制得的Janus AuNRs@Cu2-xS(结果见图17中B部分)和Cu2-xS(结果见图17中C部分)的电场分布,Janus AuNRs@Cu2-xS沿纵向的电场密度曲线(结果见图17中D部分)。
由图可知,其中,Au和Cu2-xS的最大电场密度(Emax)分别为51.43和7.91V m-1,而Janus AuNRs@Cu2-xS的Emax(31.08V m-1)介于AuNRs和Cu2-xS之间。然后,在808nm激光照射下,Janus AuNRs@Cu2-xS沿纵向的电场密度曲线如D部分所示;很明显,最高的电场密度出现在Au-Cu2-xS交界处。因此,当AuNRs和Cu2-xS纳米薄片形成Janus AuNRs@Cu2-xS时,AuNRs和Cu2-xS纳米薄片的电场相互作用,然后在纳米复合材料中重新分布。由于这些原因,AuNRs的消光峰蓝移至770nm,强度降低,而Cu2-xS的等离子体共振在近红外区域强度增强。
9)用0.75W·cm-2,808nm的激光照射10min后不同浓度实施例1制得的JanusAuNRs@Cu2-xS(结果见图18中A部分)和实施例2制得的core@shellAuNRs@Cu2-xS(结果见图18中B部分)的光热转换效果,激光照射10min后两种复合纳米材料与浓度相关的温差(ΔT)点图(结果见图18中C部分)。
在近红外区有很强的吸收表明材料具有良好的光热转换能力,如图所示,JanusAuNRs@Cu2-xS和core@shell AuNRs@Cu2-xS表现出与浓度相关的光热转换行为。对分散在水中不同浓度的Janus AuNRs@Cu2-xS和core@shellAuNRs@Cu2-xS及去离子水用808nm激光对材料照射10min,水仅仅上升了2.5℃,而200μg/mL的Janus AuNRs@Cu2-xS升高了54.4℃,core@shellAuNRs@Cu2-xS升高了34.3℃。图18-1为不同浓度的Janus AuNRs@Cu2-xS在808nm激光下辐照不同时间的光热成像图,可以看出,10min照射期间水的光热成像图几乎没有变化,而加入Janus AuNRs@Cu2-xS后光热成像图明显变亮,进一步说明了材料具有良好的光热转换能力。
10)在808nm处的消光强度为0.4的条件下,Janus AuNRs@Cu2-xS(实施例1制得)、core@shell AuNRs@Cu2-xS(实施例2制得)、AuNRs和纯水经0.75W cm-2、808nm激光照射10min后的光热剖面图见图19。
Janus、core@shell AuNRs@Cu2-xS和AuNRs在消光强度为0.4的条件下,然后分别用808nm激光对材料照射10min,如图19所示,JanusAuNRs@Cu2-xS温度上升到63.3℃,core@shell AuNRs@Cu2-xS温度上升到58.8℃,而AuNRs温度仅仅上升到47.5℃。由图20可知,在808nm处消光强度为0.4的AuNRs(结果见图20中A部分)、Janus AuNRs@Cu2-xS(结果见图20中B部分,实施例1制得)和core@shell AuNRs@Cu2-xS(结果见图20中C部分,实施例2制得)经0.75W·cm-2、808nm激光照射10min后关闭激光自然冷却的光热剖面图,图20中D、图20中E和图20中F分别是AuNRs、Janus AuNRs@Cu2-xS和core@shell AuNRs@Cu2-xS的-lnθ与时间的线性关系图。由该图可知,Janus和core@shell AuNRs@Cu2-xS的光热转换效率分别为66.4%和61.2%,远高于AuNRs的35.3%,说明AuNRs@Cu2-xS由于双等离子体材料之间的协同及SPR耦合作用增强了光热转换能力。
此外,Janus AuNRs@Cu2-xS比core@shell AuNRs@Cu2-xS有更高的光热转换效率,不论是Janus AuNRs@Cu2-xS和core@shell AuNRs@Cu2-xS的浓度相同还是在808nm处的消光强度相同,Janus AuNRs@Cu2-xS升高的温度都比core@shell AuNRs@Cu2-xS的高(如图17中A部分和图19)。光照转换效率与纳米粒子的吸收/消光(abs/ext)的比有关,比值越大转换效率越高。根据Mie理论,较大的纳米粒子的散射大于吸收。因此,所观察到Janus AuNRs@Cu2-xS比core@shell AuNRs@Cu2-xS有更高的光热转换效率主要是由于core@shell AuNRs@Cu2-xS的粒径大而引起的散射增强。
11)为了评估纳米复合材料的光热稳定性,记录了其溶液在0.75W/cm2、808nm的激光辐照10min,然后自然冷却到室温,连续6个加热/冷却循环过程中的温度分布。如图21所示,经过6个周期的测试,Janus AuNRs@Cu2-xS(实施例1制得)和core@shell AuNRs@Cu2-xS(实施例2制得)表现出良好的光热稳定性,而AuNRs的温度剖面图则逐渐降低。
12)此外,测试了Janus AuNRs@Cu2-xS(实施例1制得)、core@shell AuNRs@Cu2-xS(实施例2制得)和AuNRs经过6次光热转换后的消光光谱图和TEM图。如图22中A为JanusAuNRs@Cu2-xS 6次光热转换后的消光光谱图,光热循环前后消光光谱没有明显变化。插图是自然光下的照片,光热转换后溶液仍为澄清透明、无沉淀、无明显变化。图22中B和C分别为Janus AuNRs@Cu2-xS 6次光热转换前、后的TEM对比图,光热循环前后Janus AuNRs@Cu2-xS无聚集现象,形貌没发生改变,仍保持良好的单分散性。同样,core@shell AuNRs@Cu2-xS经过6次光热转换后的消光光谱图(如图23中A)和TEM均无明显改变(如图23中B和C分别为循环前、后的TEM)。相比之下,AuNRs在经过6次光热转换后AuNRs严重聚集,消光光谱相比光热转换前吸收峰明显降低,峰型变宽(如图24,AuNRs 6个辐照/冷却循环前后的消光光谱图)。从TEM可以明显观察到AuNRs光热转换后生了明显的聚集、熔化及变形(如图25,A为6个辐照/冷却循环前的TEM,B,C为6个辐照/冷却循环后的TEM)。这些结果证实了Cu2-xS和BSA对AuNRs的保护作用,使材料具有良好的光热稳定性,双等离子体材料之间的协同及SPR耦合作用增强了光热转换能力。
按照上述相同的方法对实施例3-10的产物进行检测,实施例3-4、7-8检测结果与实施例1的产物检测结果基本一致,实施例5-6、9-10检测结果与实施例2的产物检测结果基本一致。
以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合,为了避免不必要的重复,本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外,本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本发明的思想,其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种janus AuNRs@Cu2-xS复合纳米材料的制备方法,其特征在于,所述制备方法为:将金纳米棒AuNRs、十六烷基三甲基溴化铵CTAB、牛血清白蛋白BSA、铜源于溶剂中混合得到混合液,接着将混合液的pH调节至碱性,接着于70-90℃下进行水热反应以得到janusAuNRs@Cu2-xS复合纳米材料;其中,所述AuNRs、CTAB、BSA的用量比0.0075nmol:0.72-2.92mg:100-300mg。
2.一种Core@Shell AuNRs@Cu2-xS复合纳米材料的制备方法,其特征在于,所述制备方法为:将AuNRs、CTAB、BSA、铜源于溶剂中混合得到混合液,接着将混合液的pH调节至碱性,接着于50-60℃下进行水热反应以得到Core@Shell AuNRs@Cu2-xS复合纳米材料;其中,所述AuNRs、CTAB、BSA的用量比为0.0025nmol:25.5-47.4mg:100-300mg。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其中,所述AuNRs、铜源的用量比为0.0075nmol:1-2nmol;
和/或,所述AuNRs、溶剂的用量比为0.0075nmol:10-30mL;
优选地,水热反应的时间为5-7h。
4.根据权利要求2所述的制备方法,其中,所述AuNRs、CTAB、BSA的用量比为0.0025nmol:8-12nmol;
和/或,所述AuNRs、溶剂的用量比为0.0025nmol:10-30mL。
5.根据权利要求2所述的制备方法,其中,水热反应的时间各自独立地为11-13h。
6.根据权利要求1或2所述的制备方法,其中,所述铜源选自硫酸铜、氯化铜、硝酸铜、醋酸铜中的至少一者;
和/或,AuNRs满足以下条件:纵向长50-60nm,横向长16-18nm;
和/或,pH调节后,体系的pH为11-13;
和/或,溶剂为水、乙醇、油胺中的至少一者。
7.根据权利要求1或2所述的制备方法,其中,在水热反应结束后,将反应体系进行离心去除上清液以得到反应产物;
优选地,离心满足以下条件:转速为7000-8000r/min,离心时间为8-12min。
8.一种janus AuNRs@Cu2-xS复合纳米材料,其特征在于,所述janus AuNRs@Cu2-xS复合纳米材料通过权利要求1、3、6-7中的任意一项所述的制备方法制备而得。
9.一种Core@Shell AuNRs@Cu2-xS复合纳米材料,其特征在于,所述Core@Shell AuNRs@Cu2-xS复合纳米材料通过权利要求2、4-5、6-7中的任意一项所述的制备方法制备而得。
10.一种如权利要求8所述的Core@ShellAuNRs@Cu2-xS复合纳米材料或如权利要求9所述的Core@ShellAuNRs@Cu2-xS复合纳米材料在光热转换中的应用。
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