[发明专利]一种纳米或微米尺寸的金盘及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米和微米尺寸的盘状金材料及其制备方法，特别是涉及一种纳米或微米尺寸的具有孪晶结构的三角形或六边形金盘及其制备方法。

背景技术

贵金属金纳米材料由于具有表面等离子体共振效应而受到研究者的普遍关注。该种特性能被用于表面增强拉曼光谱研究以及高灵敏性生物传感器和光波导器件的构造。由于金表面等离子共振效应与其纳米材料的形状密切相关，因此，人们发展了许多制备不同形貌(例如：线，棒，带，盘，立方体等)的金纳米材料的新方法。然而，如何通过适当条件的选择，在控制生成所需特殊形貌的金纳米材料的同时，进一步控制和保持该种形貌向宏观尺寸演化和生长则是材料学家所面临的一项巨大挑战。它的实现将为人们可控地制备具有纳米级厚度，表面为单晶结构的贵金属薄膜提供契机。这种表面为单晶结构的贵金属薄膜可用于扫描隧道显微镜研究的基底材料、可用于各种含硫有机分子在单晶金界面的组装研究、可用于高灵敏性生物传感材料。

近年来，通过聚合物参与调节的多羟基醇还原过程制备贵金属纳米粒子的方法受到人们的青睐。因为多羟基醇(如：乙二醇(EG)，三缩四乙二醇等)作为溶剂不但可以较容易地溶解制备贵金属纳米粒子所需的各种前驱体盐，而且它们对高温的容忍性能够充分保证贵金属盐在特定的温度下被还原为金属。在此过程中，聚合物如聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的加入则在一定程度上可以用于调控贵金属纳米粒子的成核和生长。1989年，Fievet等人(Fievet F.，Lagier J P and Figlarz M，Preparing monodisperse metalpowders in micrometer and submicrometer sizes by the polyol process.MRSBULL，1989，14，29)使用该方法合成了金属胶体粒子。随后，Xia等人(WileyB，Sun Y G and Xia Y N.Synthesis of silver nanostructures with controlledshapes and properties.Acc Chem Res，2007，40：1067-1076)用该法成功制备出银纳米立方盒子、纳米线以及纳米锥。虽然，已有人使用这种聚醇还原法制备出金纳米和银纳米颗粒，但是，通过控制反应参数和条件，将聚醇反应和溶剂热方法联用来可控地制备具有特定形状的具有孪晶结构的金纳米和微米盘，尚属首次。

发明内容

本发明的目的之一：提供一种具有孪晶结构的三角形或六边形的纳米或微米尺寸的金盘，孪晶微米金盘是由纳米级的孪晶金盘沿孪晶晶界的快速生长演化而来。

本发明的目的之二：提供一种通过控制反应参数和条件，将溶剂热过程和多羟基醇还原过程相耦合的生产工艺，来制备具有特定形状的具有孪晶结构的纳米和微米尺寸的金盘的方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明提供的纳米或微米尺寸的金盘，其特征在于：所述的金盘外形呈三角形或六边形形貌特征，所述的三角形金盘中间有一个孪晶界面，上下由两个三角形的单晶组成；一共由八个{111}类型的晶面构成，其中侧面六个，顶面和底面各一个；金盘表面由聚乙烯吡咯烷酮高分子包裹。

所述的六边形的金盘，其中间也有一个孪晶界面，顶面和底面由两个六边形的单晶组成，一共由八个{111}类型和六个{100}类型的晶面构成；其中侧面由六个{111}类型和六个{100}类型的晶面交替排列构成，顶面和底面各有一个{111}类型的晶面，金盘表面由聚乙烯吡咯烷酮高分子包裹。

这种具有孪晶结构的三角形和六边形微米金盘的最大尺寸接近毫米级。所获金盘的形貌和结构方面的信息可通过扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)表征获得。样品分别制备于n-Si(100)基片和碳膜覆盖的铜网上。通过X射线粉末衍射(XRD)可获得产物晶体结构方面的信息。X射线光电子能谱(XPS)表征能获得所获金盘表面成份和化学状态方面的信息。

本发明提供的制备纳米或微米尺寸金盘的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)反应体系选择：浓度为0.1M-1M氯金酸(HuAuCl4·3H2O)或氯金酸盐、10-1000mL乙二醇(EG)和浓度为0.1M-1M聚乙烯吡咯烷酮(PVP)包裹剂；

b)配制反应物混合溶液：取相同体积的0.1M-1M氯金酸(HuAuCl4·3H2O)或0.1M-1M氯金酸盐、0.1M-1M聚乙烯吡咯烷酮(PVP)包裹剂乙二醇溶液，同时加入到10-1000mL乙二醇(EG)溶剂中，充分混合后得到反应物混合溶液；