CN114309590A - 一种在金纳米棒表面包覆薄纳米二氧化硅的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在金纳米棒表面包覆薄纳米二氧化硅的方法,包括以下步骤:(1)制备种子溶液;(2)制备生长溶液;(3)制备金纳米棒;(4)清洗;(5)稀释;(6)包覆;(7)清洗分散。本发明通过控制最终反应物中的CTAB浓度、硅酸钠的浓度及硅酸钠溶液的pH值,便能准确控制二氧化硅包覆的均匀性和厚度,操作方便,且得到的表面包覆薄纳米二氧化硅的金纳米棒形态分散、均匀,极少发生大规模的粘连和成核现象,物理化学性质更稳定,有利于进一步拓宽金纳米棒的应用范围。
Description
技术领域
本发明涉及纳米晶体材料技术领域,尤其是涉及一种在金纳米棒表面包覆薄纳米二氧化硅的方法。
背景技术
纳米晶体在纳米材料领域有着非常广阔的研究前景,尤其是一些在纳米尺度的效应使得在近二十年来一度成为科研界的热点,并一直持续到现在。
贵金属纳米晶体,尤其是金纳米棒,在其中也扮演着活跃的角色,已被广泛应用于光学、传感、医疗等领域。
对现有的金纳米棒进行一定的加工、改性,以进一步提高金纳米棒的物理化学稳定性,则有利于进一步拓宽金纳米棒的应用范围,具有重大的现实意义。
发明内容
本发明的发明目的是为了提供一种在金纳米棒表面包覆薄纳米二氧化硅的方法,工艺步骤简单,可操作性强,生成的二氧化硅层厚度均匀且可控。
为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
本发明的一种在金纳米棒表面包覆薄纳米二氧化硅的方法,包括以下步骤:
(1)制备种子溶液
将10mL、0.1M的CTAB溶液与0.25mL、10mM的HAuCl4溶液混合后,加入0.6mL、0.01M的NaBH4溶液,剧烈搅拌至溶液颜色由金黄色变为棕黄色,得种子溶液。
(2)制备生长溶液
将9.25mL、0.1M的CTAB溶液与0.062g的NaOL溶于14.5mL水中后,加入0.9mL、4mM的AgNO3溶液,30℃恒温静置后,加入0.25mL、10mM的HAuCl4溶液,搅拌至溶液由金黄色变为无色,得生长溶液。
(3)制备金纳米棒
向生长溶液中加入0.105mL、37wt.%的盐酸调整pH值后,依次加入75μL、64mM的抗坏血酸溶液以及40μL的种子溶液并剧烈搅拌,30℃恒温静置,得金纳米棒分散液。
(4)清洗
将金纳米棒分散液离心浓缩10倍后,分散于1~2mM的CTAB溶液中,得金纳米棒浓缩液,金纳米棒浓缩液中金纳米棒浓度与离心前的金纳米棒分散液中金纳米棒浓度相同。本步骤中通过控制CTAB溶液的浓度,以控制最终反应溶液中CTAB的浓度在0.01mM左右,从而能有效控制薄二氧化硅的厚度。
(5)稀释
取1mL金纳米棒浓缩液离心,去除0.933mL上清液后,将余下的离心物加入9.933mL去离子水中进行稀释,得金纳米棒稀释液。本步骤的目的是将CTAB的浓度稀释,对于CTAB的稀释非常关键,CTAB起到了一个富集二氧化硅以及二氧化硅生长的模板的作用,因此必须严格控制反应物中CTAB的浓度。
(6)包覆
将0.4mL硅酸钠与19.6mL去离子水混合后,加入0.01mL、37wt.%的盐酸调整pH后,得硅酸钠溶液;将1.6mL硅酸钠溶液加入金纳米棒稀释液中,50℃搅拌反应,得反应产物。硅酸钠的浓度以及硅酸钠溶液的pH值是决定包覆的二氧化硅的均匀性以及转化率的关键,pH值决定了硅酸钠的水解速率以及反应速率,进而会影响薄二氧化硅包覆的均匀性和厚度;pH过高,包覆的二氧化硅过厚,pH过低,包覆的二氧化硅较为粗糙。
(7)清洗分散
将反应产物经去离子水、乙醇洗涤两次后,分散于乙醇中。洗涤两次是指两次水洗、两次醇洗。清洗过程也非常重要,必须进行两遍水、两边乙醇的清洗,以保证金纳米棒均匀分散。
作为优选,步骤(2)中,将9.25mL、0.1M的CTAB溶液与0.062g的NaOL溶于14.5mL、50℃的水中后,降温至30℃。
作为优选,步骤(2)中,搅拌速度为400rpm。
作为优选,步骤(4)中,离心转速为6000rpm。
作为优选,步骤(6)中,搅拌反应条件为:搅拌转速400rpm,反应时间2~3h。
作为优选,步骤(7)中,去离子水、乙醇洗涤转速为7000rpm,洗涤时间为15min。
因此,本发明具有如下有益效果:通过控制最终反应物中的CTAB浓度、硅酸钠的浓度及硅酸钠溶液的pH值,便能准确控制二氧化硅包覆的均匀性和厚度,操作方便,且得到的表面包覆薄纳米二氧化硅的金纳米棒形态分散、均匀,极少发生大规模的粘连和成核现象,物理化学性质更稳定,有利于进一步拓宽金纳米棒的应用范围。
附图说明
图1是实施例1中表面包覆薄纳米二氧化硅的金纳米棒电镜图。
图2是实施例2中表面包覆薄纳米二氧化硅的金纳米棒电镜图。
图3是实施例3中表面包覆薄纳米二氧化硅的金纳米棒电镜图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。
实施例1
(1)制备种子溶液
将10mL、0.1M的CTAB溶液与0.25mL、10mM的HAuCl4溶液混合后,加入0.6mL、0.01M的NaBH4溶液,剧烈搅拌至溶液颜色由金黄色变为棕黄色,得种子溶液。
(2)制备生长溶液
将9.25mL、0.1M的CTAB溶液与0.062g的NaOL溶于50℃、14.5mL水中后,降温至30℃,加入0.9mL、4mM的AgNO3溶液,30℃水浴恒温静置后,加入0.25mL、10mM的HAuCl4溶液,400rpm搅拌至溶液由金黄色变为无色,得生长溶液。
(3)制备金纳米棒
向生长溶液中加入0.105mL、37wt.%的盐酸调整pH值后,依次加入75μL、64mM的抗坏血酸溶液以及40μL的种子溶液并剧烈搅拌,30℃水浴恒温静置,得金纳米棒分散液。
(4)清洗
将金纳米棒分散液6000rpm离心浓缩10倍后,分散于1.5mM的CTAB溶液中,得金纳米棒浓缩液,金纳米棒浓缩液中金纳米棒浓度与离心前的金纳米棒分散液中金纳米棒浓度相同。
(5)稀释
取1mL金纳米棒浓缩液离心,去除0.933mL上清液后,将余下的离心物加入9.933mL去离子水中进行稀释,得金纳米棒稀释液。
(6)包覆
将0.4mL硅酸钠与19.6mL去离子水混合后,加入0.01mL、37wt.%的盐酸调整pH后,得硅酸钠溶液;将1.6mL硅酸钠溶液加入金纳米棒稀释液中,50℃、400rpm搅拌反应2h,得反应产物。
(7)清洗分散
将反应产物经等体积的去离子水、乙醇以转速7000rpm重复洗涤两次后,分散于乙醇中。
得到的表面包覆薄纳米二氧化硅的金纳米棒电镜图如图1所示。从图1可见,表面包覆薄纳米二氧化硅的金纳米棒平均长度为120nm,极少发生大规模的粘连和成核现象,薄纳米二氧化硅厚度较为均匀,尺寸范围5~7nm。
实施例2
实施例2与实施例1的不同之处在于,步骤(4)中,将金纳米棒分散液6000rpm离心浓缩10倍后,分散于1mM的CTAB溶液中,其余与实施例1完全相同。
得到的表面包覆薄纳米二氧化硅的金纳米棒电镜图如图2所示。从图2可见,表面包覆薄纳米二氧化硅的金纳米棒平均长度为128nm,极少发生大规模的粘连和成核现象,薄纳米二氧化硅厚度较为均匀,尺寸范围2.5~5nm。
实施例3
实施例2与实施例1的不同之处在于,步骤(4)中,将金纳米棒分散液6000rpm离心浓缩10倍后,分散于2mM的CTAB溶液中,其余与实施例1完全相同。
得到的表面包覆薄纳米二氧化硅的金纳米棒电镜图如图3所示。从图3可见,表面包覆薄纳米二氧化硅的金纳米棒平均长度为130nm,极少发生大规模的粘连和成核现象,薄纳米二氧化硅厚度较为均匀,尺寸范围7~9nm。
从图1~图3可知,通过调整步骤(4)中CTAB溶液的浓度,即可有效调整薄纳米二氧化硅的厚度,操作非常方便。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案,并非对本发明作任何形式上的限制,在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (6)
1.一种在金纳米棒表面包覆薄纳米二氧化硅的方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)制备种子溶液
将10mL、0.1M的CTAB溶液与0.25mL、10mM的HAuCl4溶液混合后,加入0.6mL、0.01M的NaBH4溶液,剧烈搅拌至溶液颜色由金黄色变为棕黄色,得种子溶液;
(2)制备生长溶液
将9.25mL、0.1M的CTAB溶液与0.062g的NaOL溶于14.5mL水中后,加入0.9mL、4mM的AgNO3溶液,30℃恒温静置后,加入0.25mL、10mM的HAuCl4溶液,搅拌至溶液由金黄色变为无色,得生长溶液;
(3)制备金纳米棒
向生长溶液中加入0.105mL、37wt.%的盐酸调整pH值后,依次加入75μL、64mM的抗坏血酸溶液以及40μL的种子溶液并剧烈搅拌,30℃恒温静置,得金纳米棒分散液;
(4)清洗
将金纳米棒分散液离心浓缩10倍后,分散于1~2mM的CTAB溶液中,得金纳米棒浓缩液,金纳米棒浓缩液中金纳米棒浓度与离心前的金纳米棒分散液中金纳米棒浓度相同;
(5)稀释
取1mL金纳米棒浓缩液离心,去除0.933mL上清液后,将余下的离心物加入9.933mL去离子水中进行稀释,得金纳米棒稀释液;
(6)包覆
将0.4mL硅酸钠与19.6mL去离子水混合后,加入0.01mL、37wt.%的盐酸调整pH后,得硅酸钠溶液;将1.6mL硅酸钠溶液加入金纳米棒稀释液中,50℃搅拌反应,得反应产物;
(7)清洗分散
将反应产物经去离子水、乙醇洗涤两次后,分散于乙醇中。
2.根据权利要求1所述的一种在金纳米棒表面包覆薄纳米二氧化硅的方法,其特征在于,步骤(2)中,将9.25mL、0.1M的CTAB溶液与0.062g的NaOL溶于14.5mL、50℃的水中后,降温至30℃。
3.根据权利要求1所述的一种在金纳米棒表面包覆薄纳米二氧化硅的方法,其特征在于,步骤(2)中,搅拌速度为400rpm。
4.根据权利要求1所述的一种在金纳米棒表面包覆薄纳米二氧化硅的方法,其特征在于,步骤(4)中,离心转速为6000rpm。
5.根据权利要求1所述的一种在金纳米棒表面包覆薄纳米二氧化硅的方法,其特征在于,步骤(6)中,搅拌反应条件为:搅拌转速400rpm,反应时间2~3h。
6.根据权利要求1所述的一种在金纳米棒表面包覆薄纳米二氧化硅的方法,其特征在于,步骤(7)中,去离子水、乙醇洗涤转速为7000rpm,洗涤时间为15min。
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