[发明专利]一种银纳米结构上金原子沉积的控制方法

说明书

本发明公开了一种银纳米结构上金原子沉积的控制方法，包括以下步骤：步骤一，以金纳米双锥为核，外延生长银制得银纳米棒，其高表面能面与尖端位置呈异位分布；步骤二，以银纳米棒为反应模板，分散到十六烷基三甲基溴化铵溶液中，加入抗坏血酸溶液，搅拌均匀；步骤三，调节混合溶液的pH值，进而调节抗坏血酸溶液的还原性，实现反应系统中置换反应与共还原反应之间比率的调节；步骤四，向所得反应系统中滴加金前驱体溶液，随反应系统由置换反应体系转变为共还原反应体系，被还原的金原子的沉积位置由高表面能面逐渐迁移至银纳米棒的尖端位置。本发明通过调节反应系统的pH值即可实现金原子的可控沉积，条件简单，条件温和，可操作性强。

技术领域

本发明属于沉积控制方法，具体为一种银纳米结构上金原子沉积的控制方法。

背景技术

中空纳米结构因其大比表面积及内部体积在催化、传感、成像和药物释放领域得到了广泛的关注和应用。置换反应是实现中空纳米结构制备的有效方法，但所得中空纳米结构形貌单一，且侧壁厚度难以调节。近年来，通过将置换反应与共还原反应相结合的方式进一步实现了对中空纳米结构形貌参数的精细调控，进而获得纳米壳、纳米盒、纳米笼和纳米框的多种中空结构，在诸多领域有很好的应用前景。

通过复杂反应体系实现中空纳米结构的精细合成在很多文献中都有了相关报道(ACS Nano,2016,10,8019-8025；J.Am.Chem.Soc.,2017,139,13837-13846)。然而，在这些报道中，金原子的沉积模式较为单一，且基于所选银纳米结构中高能面与尖端位置于银纳米结构中的位置分布统一，所得纳米结构基本为结构相近的立方基纳米结构，以至金原子的沉积机理至今没有明确的探索。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术的不足，本发明目的是提供一种能够明晰沉积机理、实现纳米结构精确控制的银纳米结构上金原子沉积的控制方法。

技术方案：本发明所述的一种银纳米结构上金原子沉积的控制方法，包括以下步骤：

步骤一，以金纳米双锥为核，外延生长银制得银纳米棒，其高表面能面与尖端位置呈异位分布，构建统一的反应模板；

步骤二，以步骤一所得银纳米棒为反应模板，分散到十六烷基三甲基溴化铵溶液中，再加入还原剂抗坏血酸溶液，搅拌均匀；

步骤三，调节步骤二所得混合溶液的pH值，进而调节抗坏血酸溶液的还原性，实现反应系统中置换反应与共还原反应之间比率的调节，即混合溶液的pH值越高，抗坏血酸溶液的还原性越强，反应系统中共还原反应的占比越高；

步骤四，向步骤三所得的反应系统中滴加金前驱体溶液，随反应系统由置换反应体系转变为共还原反应体系，被还原的金原子的沉积位置由高表面能面逐渐迁移至银纳米棒的尖端位置，实现对金原子沉积位置的可控调节。

进一步地，步骤一中，银纳米棒包括尖端、侧面和侧棱，尖端包括10个{111}面，侧面包括5个{100}面，侧棱包括5个{110}面，侧棱为高表面能面。

进一步地，步骤二中，十六烷基三甲基溴化铵的浓度为0.05～0.1mol/L，抗坏血酸溶液的浓度为0.1～1mol/L。十六烷基三甲基溴化铵的浓度低于0.05mol/L，会改变模板中置换反应的初始位置，进而影响最终形貌；浓度高于0.1mol/L，会使得加入的前驱体溶液趋于离子态而降低反应量。抗坏血酸溶液的浓度低于0.1mol/L，整体还原性较低，置换反应占主导地位，不能实现两类反应之间比率的调节；浓度高于1mol/L，整体还原性过高，共还原反应占主导地位，不能实现两类反应之间比率的调节。

进一步地，步骤三中，采用浓度为0.1～1mol/L的氢氧化钠溶液或浓度为0.1mol/L的盐酸溶液来调节步骤二所得混合溶液的pH值。混合溶液的pH值在1.88～12.96范围内变化。随着pH值的增加，反应系统中由置换反应为主转变为共还原反应为主。