[发明专利]对可见-近红外光强吸收的核壳材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种对可见‑近红外光强吸收的纳米金棒‑黑色二氧化钛核壳材料及制备方法。所述方法包括：制备具有表面等离共振效应且光吸收峰在620～1050nm范围内的纳米金棒；以二氧化钛作为壳层包覆纳米金棒内核；将壳层处理成黑色二氧化钛。该核壳材料兼具纳米金棒内核和黑色二氧化钛壳层的光吸收特性，可以在宽波长范围内实现对可见光至近红外光范围内的强烈吸收，并可进一步实现光热转换。本发明的核壳材料可应用于光催化、光热治疗、生物医学成像造影剂等领域。

技术领域

本发明涉及光吸收核壳材料技术领域，具体来讲，涉及一种能够对可见光至近红外光强吸收的新型核壳材料、该新型核壳材料的制备方法、以及该新型核壳材料作为太赫兹(THz)生物成像造影剂进行疾病诊断、进行光热治疗、或作为光催化剂进行污染物降解方面的用途。

背景技术

通常来讲，二氧化钛(TiO₂)作为光催化的首先材料，由于其较大的禁带宽度(3.2eV)，使得其在可见光至红外区域几乎不吸收，只能在紫外波段有较强的吸收峰，从而限制了其应用范围。金纳米棒具有优良的表面等离共振效应，也应用到生物成像以及癌症治疗方面，但是只能实现某一具体波段的吸收。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，提出一种对可见-近红外光强吸收的新型核壳材料及其制备方法以及应用。

发明人经过研究发现，将黑色二氧化钛的可见-近红外光吸收和金纳米棒的表面等离效应整合到一起，在可见-近红外光波段形成两者的叠加效果，无论是在光催化降解污染物还是在作为载体进行光热治疗，又或者是在提高THz成像对比度方面都将是一个非常好的新型材料。相对于现有的纳米金棒，本发明的核壳结构材料可以实现一个宽波段吸收。相对于现在的黑色二氧化钛，贵金属金的加入可以阻碍黑色二氧化钛表面电子空穴对的复合，也可以实现某一具体波段的强烈吸收，例如，核心金棒是780nm的吸收特征峰，而本发明的核壳结构可以实现在780nm的一个强烈吸收。相对于现有的金纳米棒与普通白色二氧化钛结合的结构，本发明的核壳结构材料可以实现结合两者的优势，在可见光至近红外光的波段内均具有强烈的吸收效果，从而能够实现将本发明的新型核壳材料作为太赫兹(THz)生物成像造影剂进行疾病诊断、进行光热治疗的应用，以及将其作为光催化剂进行污染物降解方面的应用。

有鉴于此，本发明一方面提供了一种对可见-近红外光强吸收的核壳材料，所述核壳材料以具有表面等离共振效应的纳米金棒作为内核并且以黑色二氧化钛作为外壳，其中，纳米金棒的长度为40～70nm且长径比为2.7～4.7：1，外壳的厚度为10～30nm。其中，所述纳米金棒的共振吸收峰可在620～1050nm的范围内。黑色二氧化钛可对420～1050nm波长范围内的光强烈吸收。

本发明的另一方面提供了一种太赫兹生物成像造影材料，所述太赫兹生物成像造影材料包括如上所述的对可见-近红外光强吸收的核壳材料。

本发明的另一方面还提供了一种光热治疗材料，所述光热治疗材料包括如上所述的基于对可见-近红外光强吸收的核壳材料。

本发明的另一方面还提供了一种光催化材料，所述光催化材料可包括如上所述的对可见-近红外光强烈吸收的核壳材料。

本发明的另一方面还提供了一种制备基于表面等离共振效应对可见-近红外光强吸收的核壳材料的方法，所述方法包括以下步骤：制备具有表面等离共振效应且吸收峰在620～1050nm的范围内的纳米金棒；对所述纳米金棒进行表面修饰，依次形成具有从内至外的第一二氧化硅包覆层、二氧化钛包覆层和第二二氧化硅包覆层的多层核壳结构，对所述多层核壳结构进行热处理，以使二氧化钛包覆层的二氧化钛转变为锐钛矿相；刻蚀以去掉第一和第二二氧化硅包覆层，得到二氧化钛包覆纳米金棒的核壳结构；对所述锐钛相的二氧化钛进行黑化处理，以形成以具有表面等离共振效应的纳米金棒作为内核并且以黑色二氧化钛作为外壳的核壳材料，即为对可见光至近红外光强吸收的核壳材料。