一種金納米粒子水溶膠的化學製備方法

2023-06-02 13:16:21 2

專利名稱：一種金納米粒子水溶膠的化學製備方法
技術領域：
本發明屬於溶液化學方法合成技術，特別是涉及一種採用化學方法製備金納米粒 子水溶膠技術。
背景技術：
在過去二十幾年的時間內，有關納米金屬的研究在世界範圍內引起了廣泛的重 視。這是由於當粒子尺寸減小到一定數值時，金屬納米材料可以產生諸如量子尺寸效應、表 面效應和小尺寸效應等許多新的物理現象。在金屬納米材料這一研究領域中，有關金納米 材料的研究倍受人們重視，其原因在於金納米粒子可以在可見(或近紅外)區域內產生較強 的表面等離子態吸收現象。不同反應條件下所得到的不同形貌及尺寸的金納米粒子，可以 在可見或近紅外波段產生納米金所具有的特徵吸收峰。這一點對於金納米粒子的進一步應 用具有重要意義。由於上述特徵，目前金納米粒子已經在製備有機/無機納米雜化發光器 件中展示了很好的應用前景，通過金納米粒子同其它的有機或高分子半導體發光材料進行 雜化，可以提高發光器件的載流子傳輸速度和穩定性。金納米粒子的另一個重要應用領域 是通過對其表面進行一定的化學修飾，然後再與DNA等生物大分子進行雜化，製備生物大 分子/納米金雜化材料，從而在納米生物傳感器等領域中得到應用。利用金納米粒子表面 的特徵等離子吸收，通過同生物分子產生相互作用，有望在未來的疾病早期診斷中得到應 用。目前有關製備金納米粒子的方法，根據其所處的不同化學環境，可以分為有機相、 水相和兩相反應三大類。其中水相方法合成製備金納米粒子過程中主要採用硼氫化鈉或 檸檬酸等作為還原劑，在特定表面活性劑分子的作用下，於室溫(或低溫)條件下，進行化 學反應得到金納米粒子。有機相反應是採用特殊的反應前驅體，在氧化三辛基膦等表面活 性劑存在下，採用脂肪族長鏈有機胺作為還原劑，在高溫條件下，合成製備金納米微粒。兩 相反應製備金納米粒子的方法是由Brust等人於1994年報導的(J. Chem. Soc. Chem. Commun. , 1994，801)，該方法首先使用相轉移催化劑，使金屬離子由水相轉移至有機相， 然後再加入硼氫化鈉還原劑，在有機相中製備金納米粒子。目前這一方法在製備金屬納米 微粒的過程中仍被大量採用。製備金納米微粒的氧化-還原反應過程中，目前採用的還原劑種類主要有硼氫 化鈉、有機胺及有機酸。採用硼氫化鈉為還原劑，雖然反應可以在常溫下順利完成，但由於 硼氫化鈉對氯金酸離子具有較強的還原作用，使得該反應的速度很快，導致此類反應難於 進行控制。而這一問題對於製備不同形貌和尺寸的金納米粒子是一個不利因素。因為納米 粒子的比表面積很大，反應速度太快而容易造成反應前期的成核速度和隨後的晶粒長大過 程都不易控制。圍繞這一問題，近年來，很多人進行了大量的探索和研究工作，例如選用特 殊結構的樹枝狀大分子或其它結構的水溶性高分子(如聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸鈉等) 在高溫反應條件下，製備得到了金納米粒子，並且可以實現對金納米微粒形狀和尺寸的控 制。發 明內容發明目的本發明提供一種金納米粒子水溶膠的化學製備方法，其目的是解決現 有的製備方法在反應難於控制、高製備成本等方面存在的問題。技術方案
一種金納米粒子水溶膠的化學製備方法，其特徵在於以氯金酸、氯金酸鈉或氯金酸鉀 中的一種作為起始反應物，油酸鈉、硬脂酸鈉或亞油酸鈉中的一種作為表面活性劑，水為反 應介質，化二甲基甲醯胺為還原劑，按照以下步驟，得到金納米粒子水溶膠
將起始反應物、表面活性劑、反應介質混合，控制反應溫度在60-100°C範圍內，在電磁 攪拌條件下，恆定溫度反應時間為20-120分鐘，即可得到金納米粒子的水溶膠；
其中起始反應物與表面活性劑的摩爾比為4:1-1:8，還原劑％ 二甲基甲醯胺的濃 度為0. 1-1. Omol/L，反應介質溶液的濃度範圍為0. l-5mmol/L。所述起始反應物優選氯金酸。所述表面活性劑優選油酸鈉。優點及效果本發明採用氯金酸為起始反應物，油酸鈉為表面活性劑，通過控制反 應溫度和反應時間，製備得到了金納米粒子水溶膠。近些年的研究表明油酸分子(或油酸 根離子)對半導體及金屬納米粒子的表面具有較好的修飾作用。油酸鈉是一種常見的工業 表面活性劑，價廉易得，來源豐富。因此在本發明中，我們選用油酸鈉作為反應過程的表面 活性劑。本發明尋找到了一種金納米粒子水溶膠的化學製備方法。通過選用氯金酸、油酸 鈉等基本化工原料作為反應物，在不同的反應溫度、反應時間和反應物濃度條件下，製備得 到了金納米粒子。本發明提供了一種製備金納米粒子的簡易方法，這對於金納米粒子的進 一步應用具有重要意義。


圖1為本發明金納米粒子在水中的紫外-可見吸收光譜圖； 圖2為本發明金納米粒子的透射電子顯微鏡照片。
具體實施例方式
本發明提供一種金納米粒子水溶膠的化學製備方法，以氯金酸、氯金酸鈉、氯金酸鉀作 為起始反應物，優選氯金酸；以油酸鈉、硬脂酸鈉或亞油酸鈉作為表面活性劑，優選油酸鈉； 水為反應介質；按照以下步驟，得到金納米粒子水溶膠
將起始反應物、表面活性劑、反應介質混合，控制反應溫度在60-100°C範圍內，在電磁 攪拌條件下，恆定溫度反應時間為20-120分鐘，即可得到金納米粒子水溶膠。其中起始反應物與表面活性劑的摩爾比為4:1-1:8，還原劑A 二甲基甲醯胺 的濃度為0. 1-1. Omol/L,反應介質溶液的濃度範圍在0. 1 5mmol/L之間。附圖1為本發明金納米粒子在水中的紫外-可見吸收光譜圖，圖中曲線給出了油 酸鈉與氯金酸物質量比為2:1 ；反應溫度60°C，反應時間30分鐘時金納米粒子的紫外-可 見吸收光譜；圖2為本發明金納米粒子的透射電子顯微鏡照片。下面通過具體的實施例來加以說明，但不因具體的實施例限制本發明。實施例1 將72mg油酸鈉，0. 2ml N，二甲基甲醯胺，50ml水加入到250ml的三口反應瓶內， 待溫度緩慢升高到60°C並恆定5分鐘後，緩慢滴加預先配製好的2. 4X10-3mol/L的氯金酸 水溶液10mL，待氯金酸水溶液被全部滴加完畢後，在恆溫60°C的條件下反應20分鐘，即可 得到紅色的含有金納米粒子的水溶膠。紫外-可見光譜測定的結果表明，製備得到的金納 米粒子的水溶膠在530nm左右產生明顯的納米金所具有的特徵吸收峰。實施例2:
將72mg油酸鈉，0. 2ml N，二甲基甲醯胺，50ml水加入到250ml的三口反應瓶內， 待溫度緩慢升高到100°C並恆定5分鐘後，緩慢滴加預先配製好的2. 4X10-3mol/L的氯金 酸水溶液5mL，待氯金酸水溶液被全部滴加完畢後，在恆溫100°C的條件下反應30分鐘，即 可得到紅色的含有金納米粒子的水溶膠。紫外-可見光譜測定的結果表明，製備得到的金 納米粒子的水溶膠在530nm左右產生明顯的納米金所具有的特徵吸收峰。實施例3:
將72mg油酸鈉，0.6ml %務二甲基甲醯胺，50ml水加入到250ml的三口反應瓶內， 待溫度緩慢升高到70°C並恆定5分鐘後，緩慢滴加預先配製好的1. 2X 10_3mol/L的氯金酸 鈉水溶液10mL，待氯金酸水溶液被全部滴加完畢後，在恆溫70°C的條件下反應60分鐘，即 可得到紅色的含有金納米粒子的水溶膠。紫外-可見光譜測定的結果表明，製備得到的金 納米粒子的水溶膠在530nm左右產生明顯的納米金所具有的特徵吸收峰。實施例4:
將36mg油酸鈉，0. 6ml N，二甲基甲醯胺，50ml水加入到250ml的三口反應瓶內， 待溫度緩慢升高到80°C並恆定5分鐘後，緩慢滴加預先配製好的2. 4X 10_3mol/L的氯金酸 鉀水溶液5mL，待氯金酸水溶液被全部滴加完畢後，在恆溫80°C的條件下反應40分鐘，即可 得到紅色的含有金納米粒子的水溶膠。紫外-可見光譜測定的結果表明，製備得到的金納 米粒子的水溶膠在530nm左右產生明顯的納米金所具有的特徵吸收峰。實施例5:
將144mg油酸鈉，0. 2ml % 二甲基甲醯胺，50ml水加入到250ml的三口反應瓶內， 待溫度緩慢升高到80°C並恆定5分鐘後，緩慢滴加預先配製好的2. 4X 10_3mol/L的氯金酸 水溶液5mL，待氯金酸水溶液被全部滴加完畢後，在恆溫80°C的條件下反應120分鐘，即可 得到紅色的含有金納米粒子的水溶膠。紫外-可見光譜測定的結果表明，製備得到的金納 米粒子的水溶膠在530nm左右產生明顯的納米金所具有的特徵吸收峰。
權利要求
1.一種金納米粒子水溶膠的化學製備方法，其特徵在於以氯金酸、氯金酸鈉或氯金 酸鉀中的一種作為起始反應物，油酸鈉、硬脂酸鈉或亞油酸鈉中的一種作為表面活性劑，水 為反應介質，A 二甲基甲醯胺為還原劑，按照以下步驟，得到金納米粒子水溶膠將起始反應物、表面活性劑、反應介質混合，控制反應溫度在60-100°C範圍內，在電磁 攪拌條件下，恆定溫度反應時間為20-120分鐘，即可得到金納米粒子的水溶膠；其中起始反應物與表面活性劑的摩爾比為4:1-1:8，還原劑％ 二甲基甲醯胺的濃 度為0. 1-1. Omol/L，反應介質溶液的濃度範圍為0. l-5mmol/L。
2.根據權利要求1所述一種金納米粒子水溶膠的化學製備方法，其特徵在於所述起 始反應物優選氯金酸。
3.根據權利要求1所述一種金納米粒子水溶膠的化學製備方法，其特徵在於所述表 面活性劑優選油酸鈉。
全文摘要
一種金納米粒子水溶膠的化學製備方法，以氯金酸、氯金酸鈉、氯金酸鉀作為起始反應物，油酸鈉、硬脂酸鈉或亞油酸鈉作為表面活性劑，水和乙醇為反應介質，N,N-二甲基甲醯胺為還原劑，按照以下步驟將起始反應物、表面活性劑、反應介質混合，控制反應溫度在60-100℃範圍內，在電磁攪拌條件下，恆定溫度反應時間為20-120分鐘，即可得到金納米粒子的水溶膠；起始反應物與表面活性劑的摩爾比為4:1-1:8，還原劑N,N-二甲基甲醯胺的濃度為0.1-1.0mol/L，反應介質溶液的濃度範圍在0.1～5mmol/L之間。本發明能夠解決現有的製備方法在反應難於控制、高製備成本等方面存在的問題。
文檔編號B22F9/24GK102107283SQ201010556719
公開日2011年6月29日 申請日期2010年11月24日 優先權日2010年11月24日
發明者李鳳紅, 李繼新, 王立巖, 陳延明, 馬少君 申請人:瀋陽工業大學