[发明专利]一种可调控形貌的金属纳米结构阵列及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种可调控形貌的金属纳米结构阵列及其制备方法和应用。所述制备方法包括如下步骤：S1：在单晶硅片上制备纳米图形阵列；S2：置于氢氟酸和金属盐的混合溶液中于0~100℃下进行反应；洗涤，吹干即得到可调控形貌的金属纳米结构阵列；所述混合溶液中，氢氟酸的浓度为10^‑5～10 mol/L，金属盐的浓度为10^‑7～10 mol/L。本发明利用简单的电化学置换方应，制备工艺简单易操作，成本低廉；制备得到的金属纳米结构阵列的形貌可控，如环状、马蹄形或单颗粒；同时还可制备出不同金属的纳米结构阵列，如：金、银、铂、钯、钴、镍或铜；可广泛应用于表面等离子体共振、催化、生物技术和传感等领域应用。

技术领域

本发明属于表面等离子体共振、催化、生物技术和传感等领域，具体涉及一种可调控形貌的金属纳米结构阵列及其制备方法和应用。

背景技术

金属纳米颗粒自古以来由于其具有明亮的色彩可作为装饰性材料引起了人们极大地兴趣。随着科技的发展以及纳米颗粒合成和制备方法的快速发展，我们发现调节金属纳米颗粒的形貌和尺寸会有完全不同的效应，可广泛应用于表面等离子体共振、催化、生物技术和传感等领域。

目前合成金属纳米颗粒常用的方法有以下两类：化学合成法和模板诱导法。其中化学合成法又包括柠檬酸盐还原法、银镜反应、多元醇法、种子介导生长法和光介导合成法，此类方法耗时长，需要高温，而且重复性较差。模板诱导法一般是利用表面活性剂形成胶束作为模板或者直接利用AAO模板，使用胶束模板法容易引入杂质，而且合成的金属纳米颗粒很难清洗干净；利用AAO模板法可以合成较为均匀的纳米线，但是AAO模板不易清除，而且几乎不能合成其他形貌。

因此，迫切的需要一种简单方便，生产周期短，重复性好，不会引入外来杂质，可很好的调控金属纳米颗粒的形貌和尺寸的方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中金属纳米颗粒的制备方法工艺复杂，重复性差，易引入杂质等缺陷和不足，提供一种可调控形貌的金属纳米结构阵列的制备方法。本发明提供的制备方法简单，操作方便，成本低廉，无需加入其它表面活性剂或特殊试剂，通过简单的电化学置换反应，即可制备形貌可控的金属纳米结构阵列，可广泛应用于表面等离子体共振、催化、生物技术和传感等领域。

本发明的另一目的在于提供一种可调控形貌的金属纳米结构阵列。

本发明的另一目的在于提供上述可调控形貌的金属纳米结构阵列在表面等离子体共振、催化、生物技术或传感领域中的应用。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种可调控形貌的金属纳米结构阵列的制备方法，包括如下步骤：

S1：在单晶硅片上制备纳米图形阵列；

S2：置于氢氟酸和金属盐的混合溶液中于0~100 ℃下进行反应；洗涤，吹干即得到可调控形貌的金属纳米结构阵列；所述混合溶液中，氢氟酸的浓度为10^-5～10 mol/L，金属盐的浓度为10^-7～10 mol/L。

本发明在制备纳米图形的基础上，利用简单的电化学置换方应制备得到可调控形貌的金属纳米结构阵列，其中氢氟酸、金属盐的浓度以及反应的温度控制是关键。如选用的氢氟酸或金属盐的浓度过高或过低，反应温度过高或过低均无法制备得到金属纳米结构阵列。

本发明利用简单的电化学置换方应，制备工艺简单易操作，成本低廉；制备得到的金属纳米结构阵列的形貌可控，如环状、马蹄形或单颗粒；同时还可制备出不同金属的纳米结构阵列，如：金、银、铂、钯、钴、镍或铜；可广泛应用于表面等离子体共振、催化、生物技术和传感等领域应用。

优选地，S1中在制备金属纳米图形阵列前还包括对单晶硅片进行清洗的步骤。

本领域常规的清洗方式均可用于本发明中。