[发明专利]一种用于制备金纳米粒子的晶种生长法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制备金纳米粒子的方法。

背景技术

金纳米粒子由于其独特的物理化学特性及其在催化剂、电子、生物医学等领域的应用而被广泛研究。纳米材料的光学、电学、磁学和催化等性质强烈依赖于粒子的尺寸与形态，因此精确控制金纳米粒子的形貌与尺寸对其应用具有重要意义。金纳米粒子的经典合成方法是1951年由Turkevich提出的柠檬酸钠还原法。在这种方法中，柠檬酸钠既作为还原剂，将金盐溶液中的Au³⁺还原为Au，又作为稳定剂吸附在金纳米粒子的表面，通过控制加入柠檬酸钠的量可以在10nm～40nm范围内调节金纳米粒子的粒径。尽管这种方法可以制备粒径大于40nm的粒子，但以这种方法制得的粒径大于40nm的粒子粒径分布不均匀且大多为椭球形。到目前为止，晶种生长法被认为是制备粒径大于40nm金纳米粒子的有效方法。晶种生长法首先利用柠檬酸钠还原法制得小粒径金纳米粒子，然后在此基础上通过弱还原剂作用使其继续生长，最终制得大粒径金纳米粒子。Natan及其同事利用柠檬酸钠或羟胺作还原剂通过晶种生长法制得了粒径大于100nm的金纳米粒子。然而利用柠檬酸钠制得的粒径大约为100nm的金纳米粒子长径比高达1.4，并且利用羟胺制得金纳米粒子中有很大部分是棒状的。在Natan研究的基础上，研究者们通过改变还原剂和稳定剂，发明出许多利用晶种生长法合成大粒径、分布均匀的金纳米粒子的方法。Murphy及其同事利用抗坏血酸作还原剂，十六烷基三甲基溴(CTAB)为稳定剂，通过多步晶种生长制得粒径大小为5nm～40nm的金纳米粒子。Liz-Marzań利用这种方法，通过在第一次生长后去除棒状和片状粒子制得了粒径高达180nm的单分散度的近球形金纳米粒子。Liu及其同事利用2-巯基丁二酸(MSA)作为还原剂和稳定剂通过单步晶种生长合成了粒径在30nm～150nm之间的近球形金纳米粒子。Chen及其同事利用对苯二酚作还原剂在室温下合成了粒径在50nm～200nm之间的单分散度的近球形金纳米粒子。以上方法为制备高质量的金纳米粒子提供了良好的途径，然而这些方法所用的原料很多是有毒性的，对人的身体伤害很大，并且还原剂均引入杂质。

发明内容

本发明是要解决目前晶种生长法制备大粒径金纳米粒子的原料具有毒性，还原剂引入杂质，制得金纳米粒子单分散性差、形貌不均一的的技术问题，而提供一种用于制备金纳米粒子的晶种生长法。

本发明的一种用于制备金纳米粒子的晶种生长法是按以下步骤进行：

一、金种的制备：将质量分数为1％的HAuCl₄水溶液加入去离子水中，在转速为250rpm的条件下从室温升温至99℃，然后在转速为600rpm～1200rpm和温度为99℃的条件下加入质量分数为1％的柠檬酸钠水溶液，在转速为600rpm～1200rpm和温度为99℃的条件下反应15min～20min后停止搅拌和加热，自然冷却至室温，得到小粒径的球形金纳米粒子溶液；所述的质量分数为1％的HAuCl₄水溶液与去离子水的体积比为1:(90～100)；所述的质量分数为1％的HAuCl₄水溶液与质量分数为1％的柠檬酸钠水溶液的体积比为1:(3～5)；

二、晶种生长法制备金纳米粒子：将质量分数为1％的HAuCl₄水溶液、质量分数为1％的柠檬酸钠水溶液和步骤一得到的小粒径的球形金纳米粒子溶液均匀混合，加去离子水，得到混合溶液，在转速为250rpm的条件下磁力搅拌混合溶液1min，然后在转速为600rpm～1200rpm的条件下加入质量分数为30％的H₂O₂水溶液，在转速为600rpm～1200rpm的条件下搅拌5min，得到大粒径的球形金纳米粒子溶液；所述的质量分数为1％的HAuCl₄水溶液与步骤一得到的小粒径的球形金纳米粒子溶液的体积比为1:(0.5～5)；所述的质量分数为1％的柠檬酸钠水溶液与质量分数为1％的HAuCl₄水溶液的体积比为1:4；所述的质量分数为1％的HAuCl₄水溶液与混合溶液的体积比为1:10；所述的质量分数为1％的HAuCl₄水溶液与质量分数为30％的H₂O₂水溶液的体积比为1:10。