CN111230142A - 一种雪花形貌Au纳米粒子及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种雪花形貌的Au纳米粒子及其制备方法。本发明采用氯金酸钠作为前驱体，柠檬酸三钠作为还原剂，以PVP为形貌保护剂，并加入NaBr作为形貌调控剂，通过动态成核结晶的方式在密封水热条件下控制反应的热力和动力学因素，最终得到Au纳米粒子，通过TEM表征显示出其具体形貌为雪花状，通过XPS表征可知Au4f7/2、Au4f5/2结合能分别为83.5、86.9eV，对应为金属态Au(Au0)的结合能。本发明提供的制备方法简单，无需有机物作溶剂，方法简单绿色清洁，获得的雪花状纳米粒子台阶原子多，活性位密度高，具有良好的催化甲醛性能以及成像效果和抗氧化功能，可用于污染治理催化、临床医学CT成像造影剂以及个人护肤品等多种领域。

Description

一种雪花形貌Au纳米粒子及其制备方法
技术领域
本发明涉及贵金属纳米粒子制备和应用技术领域，具体涉及可用于污染物催化治理、临床医学CT造影剂以及个人护肤品等领域的Au纳米晶的制备方法。
背景技术
纳米材料通常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。纳米材料由于其颗粒尺寸达到纳米量级，使其具有不同于块体材料的独特性质，也区别于微观的原子和分子，而且拥有不同纳米结构单元的纳米材料的性质也完全不同。Au纳米材料作为当今纳米材料研究领域的一个重要组成部分，受到了人们的高度重视和广泛的研究。
块体Au的熔点为1273K，当粒子尺寸减到2nm时熔点降低到603K；对于直径为20nm的Au纳米棒，当温度约873K时就会出现溶化现象,另外，Au球形纳米颗粒在其尺寸低于100nm时分散在溶液中不再是金黄色而呈现为红色。由此可以看出，Au纳米粒子的物理性质与其尺寸和形状有关。当Au的尺寸进入纳米尺度时，其比表面积急剧增加，表面活性也大幅提高。在低温条件下就能进行化学反应，而且反应的选择性也会得到改善。表面原子键态和配位情况与颗粒内部原子有着显著差异，表面原子的不饱和度较高，很容易与其它物质发生相互作用。这种表面原子的活性不但引起纳米粒子表面构型的变化，同时也引起表面电子自旋、构象、电子能谱的变化。另外，Au独特的化学稳定性，使其在制备成纳米催化剂后具有更加优异的催化活性、稳定性以及再生性。
而影响Au材料物化性能的主要因素有：尺寸效应和形貌影响，具体而言，将Au制成纳米颗粒，表面原子所占比例大幅度提高，比表面积也将大大增加，不同形貌的Au表面原子分布排列不同。近年来纳米技术的出现极大地推动了Au纳米颗粒在环境治理催化、CT成像造影剂等方面的发展，Au的原子序数更高，X射线衰减系数更大，故而可以减少Au纳米颗粒造影剂的使用量来获得相同的成像效果。此外，Au的化学惰性在人体内不会释放有毒离子，使Au纳米颗粒造影剂在CT成像造影剂方面具有更独特的优势。因此，通过形状控制合成技术，能够通过简单方法制备具有特定形貌的Au纳米材料对其物理化学性能的研究具有重要的应用价值和意义。
发明内容
基于上述考量，本发明所要解决的技术问题是提供一种具有雪花状特殊形貌的Au纳米材料及其制备方法，结合其荧光性使其具备良好的其应用前景。
本发明的一种雪花形貌Au纳米粒子的制备方法：
A、称取PVP、柠檬酸三钠(Na3C6HSO7)和NaBr在水热反应釜中；
B、加入20mM的NaAuCl4水溶液到水热反应釜中，然后量取去离子水于水热反应釜中，室温下磁力搅拌15min；
C、将步骤B的反应釜程序升温到额定温度，反应液在一定速率的磁力搅拌状态下恒温反应6h，完成反应，冷却至室温，离心洗涤后，得到产物Au纳米颗粒。
优选的，步骤A所述PVP、柠檬酸三钠和NaBr的加入质量比为2:6:1。
优选的，步骤A中加入PVP和20mM NaAuCl4的质量比为100:1。
优选的，步骤B中去离子水的加入量为反应釜容量的2/5。
优选的，步骤C采用乙醇进行离心洗涤。
优选的，步骤C所述的额定温度为160℃。
优选的，步骤C所述的一定速率为800r/min。
其中，本发明采用氯金酸钠作为前驱体，柠檬酸三钠作为还原剂，以PVP为形貌保护剂，并加入NaBr作为形貌调控剂，通过动态成核结晶的方式在密封水热条件下控制反应的热力和动力学因素，最终得到Au纳米粒子，通过TEM表征显示出其具体形貌为雪花状，通过XPS表征可知Au4f7/2、Au4f5/2结合能分别为83.5、86.9eV，对应为金属态Au(Au0)的结合能。
本发明的有益效果：本发明提供的制备方法简单，无需有机物作溶剂，方法简单绿色清洁，获得的雪花状纳米粒子台阶原子多，活性位密度高，具有良好的催化甲醛性能以及成像效果和抗氧化功能，可用于污染物催化治理、临床医学CT成像造影剂以及个人护肤品等多种领域。
附图说明
图1是制备得到的雪花状Au纳米粒子的XRD图谱；
图2是实施例1制备得到的雪花状Au纳米粒子的XPS图谱；
图3是对比例1制备得到的Au纳米粒子的TEM图谱；
图4是对比例2制备得到的Au纳米粒子的TEM图谱。
具体实施方式
以下结合说明书附图，对具体实施方式做进一步详细说明。
实施例1
一种用于临床医学造影剂的雪花状Au纳米粒子的制备方法：
A、称取60mg PVP、180mg柠檬酸三钠(Na3C6HSO7)和30mgNaBr在20ml水热反应釜中；
B、加入0.6g 20mM的NaAuCl4水溶液到水热反应釜中，然后量取8ml去离子水于水热反应釜中，室温下磁力搅拌15min；
C、将步骤B的反应釜程序升温到160℃，反应液在800r/min的磁力搅拌状态下恒温反应6h，完成反应，冷却至室温，采用乙醇离心洗涤后，得到雪花状Au纳米颗粒(见图1)。
将上述得到的雪花状金纳米粒子加入到含有至少一种肽的水凝胶中，超声震荡和机械搅拌交替进行分散，得到含有雪花状Au纳米水凝胶，在细胞培养基中添加一定量含有上述雪花状Au纳米水凝胶的Tris缓冲液中处理一段时间后清洗，离心分散，用CT成像仪测试细胞样品的CT成像图片。
对比例1
一种用于临床医学造影剂的Au纳米粒子的制备方法：
A、称取60mg PVP、180mg柠檬酸三钠(Na3C6HSO7)在20ml水热反应釜中；
B、加入0.6g 20mM的NaAuCl4水溶液到水热反应釜中，然后量取8ml去离子水于水热反应釜中，室温下磁力搅拌15min；
C、将步骤B的反应釜程序升温到160℃，反应液在800r/min的磁力搅拌状态下恒温反应6h，完成反应，冷却至室温，采用乙醇离心洗涤后，得到Au纳米颗粒(见图3)。可知，在没有NaBr的情况下，得到的纳米粒子没有选择性高的规则形貌。
对比例2
一种用于临床医学造影剂的雪花状Au纳米粒子的制备方法：
A、称取60mg PVP、180mg柠檬酸三钠(Na3C6HSO7)和30mgNaBr在20ml水热反应釜中；
B、加入0.6g 20mM的NaAuCl4水溶液到水热反应釜中，然后量取8ml去离子水于水热反应釜中，室温下磁力搅拌15min；
C、将步骤B的反应釜程序升温到160℃，恒温反应6h，完成反应，冷却至室温，采用乙醇离心洗涤后，得到Au纳米颗粒(见图4)。可知，在静态成核结晶的情况下，得到的是普通球形纳米晶，不具备雪花状形貌。
实际上，在改变了一个或多个因素之后均不能得到本发明形貌选择性高的雪花状Au纳米粒子，证明了本发明的各个技术特征之间并非是孤立的存在，而是协同在一起才能够达到预料不到的技术效果。

Claims (8)

1.一种Au纳米粒子的制备方法：其特征在于：包括以下步骤
A、称取PVP、柠檬酸三钠和NaBr在水热反应釜中；
B、加入20mM的NaAuCl4水溶液到水热反应釜中，然后量取去离子水于水热反应釜中，室温下磁力搅拌15min；
C、将步骤B的反应釜程序升温到额定温度，反应液在一定速率的磁力搅拌状态下恒温反应6h，完成反应，冷却至室温，离心洗涤后，得到产物Au纳米颗粒。
2.根据权利要求1中所述的Au纳米粒子的制备方法，其特征在于：步骤A所述PVP、柠檬酸三钠和NaBr的加入质量比为2:6:1。
3.根据权利要求1-2中所述的Au纳米粒子的制备方法，其特征在于：步骤A中加入PVP和20mM NaAuCl4的质量比为100:1。
4.根据权利要求1-3中所述的Au纳米粒子的制备方法，其特征在于：步骤B中去离子水的加入量为反应釜容量的2/5。
5.根据权利要求1-4中所述的Au纳米粒子的制备方法，其特征在于：步骤C采用乙醇进行离心洗涤。
6.根据权利要求1-5中所述的Au纳米粒子的制备方法，其特征在于：步骤C所述的额定温度为160℃。
7.根据权利要求1-6中所述的Au纳米粒子的制备方法，其特征在于：步骤C所述的一定速率为800r/min。
8.将Au纳米粒子制备临床医学CT造影剂的应用。
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金征宇等: "《基因与纳米探针-医学分子成像理论与实践（中）》", 30 November 2017, 天津科学技术出版 *

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