CN1299865C - 核－壳结构纳米金铜粉的制备方法 - Google Patents

核－壳结构纳米金铜粉的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及核-壳结构纳米金铜粉的制备方法，其步骤如下：1)用蒸馏水配制氯金酸水溶液，加入聚乙烯吡咯烷酮和十二烷基硫酸钠；2)在上步得到的溶液中加入水合肼水溶液，调节pH至6.5～7.5，停止加入水合肼水溶液，得到纳米金溶液；3)用蒸馏水配制铜盐水溶液，加入氨水至溶液完全变清澈；4)在步骤3)得到的溶液中加入聚乙烯吡咯烷酮和十二烷基硫酸钠；5)同时加热步骤2)、4)得到的溶液至50～80℃，搅拌中将步骤4)的溶液加到步骤2)的溶液中，搅拌，调节pH至8.5～9.5，得到具有核-壳结构纳米金铜悬浮液；6)在氮气或氩气气氛下，离心分离悬浮液，用蒸馏水和乙醇清洗；于40～80℃下真空干燥，即可。本发明工艺简单，铜壳的厚度可调，纳米金核的粒度小。

Description

核-壳结构纳米金铜粉的制备方法
技术领域
本发明涉及核-壳结构纳米金铜粉的制备方法。
背景技术
纳米材料科学的发展不仅制备出了大量单质纳米材料，也制备出了很多纳米复合材料，其中包括用常规方法难于获得的材料。同时，纳米材料的应用也受到高度的重视，开发了纳米材料新的应用领域。具有核-壳结构的纳米材料也是人们研究的重点之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种核-壳结构纳米金铜粉的制备方法。
本发明的核-壳结构纳米金铜粉的制备方法，包括以下步骤：
1)在蒸馏水中加入氯金酸，配制成浓度为0.001～0.01mol/L的氯金酸水溶液，待氯金酸溶解后加入聚乙烯吡咯烷酮和十二烷基硫酸钠，氯金酸、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸钠的质量比为0.01～5.0∶0.02～10.0∶0.0001～5.0；
2)将步骤1)得到的溶液加热到30～70℃，在搅拌中加入浓度为0.01～5.0％的水合肼水溶液，当pH值达到6.5～7.5时，停止加入水合肼水溶液，继续搅拌20～30分钟，得到纳米金溶液；
3)在蒸馏水中加入铜盐，配制成浓度为0.001～0.01mol/L的铜盐水溶液，待铜盐溶解后缓慢加入质量浓度为0.5～5.0％的氨水，开始加入氨水时溶液变浑浊，随氨水的加入而逐渐变清澈，当溶液完全变清澈后停止加入氨水；
4)在步骤3)得到的溶液中加入聚乙烯吡咯烷酮和十二烷基硫酸钠，铜盐、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸钠的质量比为0.01～5.0∶0.02～10.0∶0.001～5.0，将混合溶液加热到50～80℃；
5)将步骤2)的纳米金溶液加热到50～80℃，在搅拌中将步骤4)得到的溶液加到纳米金溶液中，所得混合液中金、铜的摩尔比为1∶1～1∶10，用水合肼调节pH值至8.5～9.5，继续搅拌20～60分钟，得到具有核-壳结构纳米金铜悬浮液；
6)将步骤5)得到的悬浮液在氮气或氩气气氛下进行离心分离，用蒸馏水和乙醇清洗；
7)将清洗后的纳米金铜粉于40～80℃下真空干燥，即可。
上述的铜盐可以是硫酸铜或硝酸铜。
由于金盐还原后形成纳米粒子，金粒子小，优先成为铜还原的成核位置，从而形成核-壳结构纳米金铜粉。本发明制备工艺简单，纳米金核的粒度小，为5至15nm，铜壳的厚度可调；在保护气氛下分离、清洗和干燥，纳米铜不易发生氧化。
附图说明
图1是实施例1制备的纳米金铜粉的EDS谱；
图2是实施例2制备的纳米金铜粉的X射线衍射图；
图3是实施例2制备的纳米金铜粉的EDS谱；
图4是实施例3制备的纳米金铜粉的X射线衍射图。
具体实施方式
实施例1
1)在蒸馏水中加入氯金酸(HAuCl4·4H2O)，配制成浓度为0.00125mol/L的氯金酸水溶液50ml，待氯金酸溶解后加入聚乙烯吡咯烷酮2g、十二烷基硫酸钠0.14g；
2)将步骤1)的溶液加热到70℃，在搅拌中加入浓度为2.5％的水合肼水溶液，当pH值达到7时，停止加入水合肼水溶液，继续搅拌20～30分钟，得到纳米金溶液；
3)在蒸馏水中加入硝酸铜，配制浓度为0.00125mol/L的硝酸铜水溶液50ml，待硝酸铜溶解后缓慢加入质量浓度为2.5％的氨水，当溶液完全变清澈后停止加入氨水；
4)在步骤3)得到的溶液中加入1g聚乙烯吡咯烷酮、0.01g十二烷基硫酸钠，将混合溶液加热到50℃；
5)将步骤2)的纳米金溶液加热到50℃，在搅拌中将步骤4)得到的溶液加入到步骤2)得到的纳米金溶液中，所得混合液中金、铜的摩尔比为1∶10，用水合肼调节pH值，使pH值保持在9，加入结束后继续搅拌30分钟，得到具有核-壳结构纳米金铜悬浮液；
6)将步骤5)得到的悬浮液在氩气气氛下进行离心分离，先用蒸馏水、后用乙醇清洗3次；
7)清洗后的纳米金铜粉放入真空干燥箱内，在70℃下干燥，得到核-壳结构纳米金铜粉。
图1是该实施例制备的纳米金铜粉的EDS谱，铜、金的原子百分比为55.4∶45.6，考虑到金铜的核-壳结构，铜、金的实际比例小于原料的1∶1，表明铜未全部还原。
实施例2
1)在蒸馏水中加入氯金酸(HAuCl4·4H2O)，配制浓度为0.00125mol/L的氯金酸水溶液50ml，待氯金酸溶解后加入聚乙烯吡咯烷酮2g、十二烷基硫酸钠0.14g；
2)将步骤1)的溶液加热到70℃，在搅拌中加入浓度为2.5％的水合肼水溶液，当pH值达到7时，停止加入水合肼水溶液，继续搅拌30分钟，得到纳米金溶液；
3)在蒸馏水中加入硝酸铜，配制浓度为0.00125mol/L的硝酸铜水溶液50ml，待硝酸铜溶解后缓慢加入质量浓度为2.5％的氨水，当溶液完全变清澈后停止加入氨水；
4)在步骤3)得到的溶液中加入1g聚乙烯吡咯烷酮、0.01g十二烷基硫酸钠，将混合溶液加热到55℃；
5)将步骤2)的纳米金溶液加热到55℃，在搅拌中将步骤4)得到的溶液加入到步骤2)得到的溶液中，所得混合液中金、铜的摩尔比为1∶10，用水合肼调节pH值，使pH值保持在9，加入结束后继续搅拌60分钟，得到具有核-壳结构纳米金铜悬浮液；
6)将步骤5)得到的悬浮液在氩气气氛下进行离心分离，先用蒸馏水、后用乙醇清洗3次；
7)清洗后的纳米金铜粉放入真空干燥箱内，在70℃下干燥，得到核-壳结构纳米金铜粉；
图2是该实施例制备的纳米金铜粉的X射线衍射图，金、铜的衍射峰已在图中标出，金的粒度为12nm，铜的粒度为55nm；
图3是该实施例制备的纳米金铜粉的EDS谱，铜、金的原子百分比为65.1∶34.9，考虑到金铜的核-壳结构，铜、金的实际比例与原料的1∶1配比相当。
实施例3
1)在蒸馏水中加入氯金酸(HAuCl4·4H2O)，配制成浓度为0.0025mol/L的氯金酸水溶液50ml，待氯金酸溶解后加入聚乙烯吡咯烷酮1g、十二烷基硫酸钠0.14g；
2)将步骤1)的溶液加热到70℃，在搅拌中加入浓度为0.5％的水合肼水溶液，当pH值达到7时，停止加入水合肼水溶液，继续搅拌20～30分钟，得到纳米金溶液；
3)在蒸馏水中加入硫酸铜，配制成浓度为0.005mol/L的硫酸铜水溶液50ml，待硫酸铜溶解后缓慢加入质量浓度为2.5％的氨水，当溶液完全变清澈后停止加入氨水；
4)在步骤3)得到的溶液中加入1g聚乙烯吡咯烷酮、0.5g十二烷基硫酸钠；
5)同时将步骤2)、4)得到的溶液加热到70℃，将步骤4)得到的溶液在搅拌中加入到步骤2)得到的溶液中，混合液中金、铜的摩尔比为1∶2，用水合肼调节pH值，使pH值保持在9，加入结束后继续搅拌60分钟，得到具有核-壳结构纳米金铜悬浮液；
6)将步骤5)得到的悬浮液在氮气气氛下进行离心分离，先用蒸馏水、后用乙醇清洗3次；
7)将清洗后的纳米金铜粉放入真空干燥箱内，在70℃下干燥，得到金/铜原子百分比为1∶2的核-壳结构纳米金铜粉。
图4是该实施例制备的纳米金铜粉的X射线衍射图，金、铜的衍射峰已在图中标出，金的粒度为14nm，铜的粒度为35nm。
实施例4
1)在蒸馏水中加入氯金酸(HAuCl4·4H2O)，配制成浓度为0.0025mol/L的氯金酸水溶液50ml，待氯金酸溶解后加入聚乙烯吡咯烷酮1g、十二烷基硫酸钠0.14g；
2)将步骤1)的溶液加热到70℃，在搅拌中加入浓度为0.5％的水合肼水溶液，当pH值达到7时，停止加入水合肼水溶液，继续搅拌30分钟，得到纳米金溶液；
3)在蒸馏水中加入硝酸铜，配制成浓度为0.0075mol/L的硝酸铜水溶液50ml，待硝酸铜溶解后缓慢加入质量浓度为2.5％的氨水，当溶液完全变清澈后停止加入氨水；
4)将步骤3)得到的溶液中加入1g聚乙烯吡咯烷酮、0.5g十二烷基硫酸钠；
5)同时将步骤2)、4)得到的溶液加热到70℃，将步骤4)得到的溶液在搅拌中加入到步骤2)得到的溶液中，混合液中金、铜的摩尔比为1∶3，用水合肼调节pH值，使pH值保持在9，加入结束后继续搅拌60分钟，得到具有核-壳结构纳米金铜悬浮液；
6)将步骤5)得到的悬浮液在氮气气氛下进行离心分离，先用蒸馏水、后用乙醇清洗3次；
7)将清洗后的纳米金铜粉放入真空干燥箱内，在70℃下干燥，得到金/铜原子百分比为1∶3的核-壳结构纳米金铜粉。

Claims (2)

1.核-壳结构纳米金铜粉的制备方法，其特征是包括以下步骤：
1)在蒸馏水中加入氯金酸，配制成浓度为0.001～0.01mol/L的氯金酸水溶液，待氯金酸溶解后加入聚乙烯吡咯烷酮和十二烷基硫酸钠，氯金酸、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸钠的质量比为0.01～5.0∶0.02～10.0∶0.0001～5.0；
2)将步骤1)得到的溶液加热到30～70℃，在搅拌中加入浓度为2.5％的水合肼水溶液，当pH值达到6.5～7.5时，停止加入水合肼水溶液，继续搅拌20～30分钟，得到纳米金溶液；
3)在蒸馏水中加入铜盐，配制成浓度为0.001～0.01mol/L的铜盐水溶液，待铜盐溶解后缓慢加入质量浓度为0.5～5.0％的氨水，开始加入氨水时溶液变浑浊，随氨水的加入而逐渐变清澈，当溶液完全变清澈后停止加入氨水；
4)在步骤3)得到的溶液中加入聚乙烯吡咯烷酮和十二烷基硫酸钠，铜盐、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸钠的质量比为0.01～5.0∶0.02～10.0∶0.001～5.0，将混合溶液加热到50～80℃；
5)将步骤2)的纳米金溶液加热到50～80℃，在搅拌中将步骤4)得到的溶液加到纳米金溶液中，所得混合液中金、铜的摩尔比为1∶1～1∶10，用水合肼调节pH值至8.5～9.5，继续搅拌20～60分钟，得到具有核-壳结构纳米金铜悬浮液；
6)将步骤5)得到的悬浮液在氮气或氩气气氛下进行离心分离，用蒸馏水和乙醇清洗；
7)将清洗后的纳米金铜粉于40～80℃下真空干燥，即可。
2.根据权利要求1所述的核-壳结构纳米金铜粉的制备方法，其特征是铜盐是硫酸铜或硝酸铜。
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