專利名稱：一種金納米粒子水溶膠的化學制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于溶液化學方法合成技術，特別是涉及一種采用化學方法制備金納米粒 子水溶膠技術。
背景技術：
在過去二十幾年的時間內(nèi)，有關納米金屬的研究在世界范圍內(nèi)引起了廣泛的重 視。這是由于當粒子尺寸減小到一定數(shù)值時，金屬納米材料可以產(chǎn)生諸如量子尺寸效應、表 面效應和小尺寸效應等許多新的物理現(xiàn)象。在金屬納米材料這一研究領域中，有關金納米 材料的研究倍受人們重視，其原因在于金納米粒子可以在可見(或近紅外)區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生較強 的表面等離子態(tài)吸收現(xiàn)象。不同反應條件下所得到的不同形貌及尺寸的金納米粒子，可以 在可見或近紅外波段產(chǎn)生納米金所具有的特征吸收峰。這一點對于金納米粒子的進一步應 用具有重要意義。由于上述特征，目前金納米粒子已經(jīng)在制備有機/無機納米雜化發(fā)光器 件中展示了很好的應用前景，通過金納米粒子同其它的有機或高分子半導體發(fā)光材料進行 雜化，可以提高發(fā)光器件的載流子傳輸速度和穩(wěn)定性。金納米粒子的另一個重要應用領域 是通過對其表面進行一定的化學修飾，然后再與DNA等生物大分子進行雜化，制備生物大 分子/納米金雜化材料，從而在納米生物傳感器等領域中得到應用。利用金納米粒子表面 的特征等離子吸收，通過同生物分子產(chǎn)生相互作用，有望在未來的疾病早期診斷中得到應 用。目前有關制備金納米粒子的方法，根據(jù)其所處的不同化學環(huán)境，可以分為有機相、 水相和兩相反應三大類。其中水相方法合成制備金納米粒子過程中主要采用硼氫化鈉或 檸檬酸等作為還原劑，在特定表面活性劑分子的作用下，于室溫(或低溫)條件下，進行化 學反應得到金納米粒子。有機相反應是采用特殊的反應前驅體，在氧化三辛基膦等表面活 性劑存在下，采用脂肪族長鏈有機胺作為還原劑，在高溫條件下，合成制備金納米微粒。兩 相反應制備金納米粒子的方法是由Brust等人于1994年報道的(J. Chem. Soc. Chem. Commun. , 1994，801)，該方法首先使用相轉移催化劑，使金屬離子由水相轉移至有機相， 然后再加入硼氫化鈉還原劑，在有機相中制備金納米粒子。目前這一方法在制備金屬納米 微粒的過程中仍被大量采用。制備金納米微粒的氧化-還原反應過程中，目前采用的還原劑種類主要有硼氫 化鈉、有機胺及有機酸。采用硼氫化鈉為還原劑，雖然反應可以在常溫下順利完成，但由于 硼氫化鈉對氯金酸離子具有較強的還原作用，使得該反應的速度很快，導致此類反應難于 進行控制。而這一問題對于制備不同形貌和尺寸的金納米粒子是一個不利因素。因為納米 粒子的比表面積很大，反應速度太快而容易造成反應前期的成核速度和隨后的晶粒長大過 程都不易控制。圍繞這一問題，近年來，很多人進行了大量的探索和研究工作，例如選用特 殊結構的樹枝狀大分子或其它結構的水溶性高分子(如聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸鈉等) 在高溫反應條件下，制備得到了金納米粒子，并且可以實現(xiàn)對金納米微粒形狀和尺寸的控 制。發(fā) 明內(nèi)容發(fā)明目的本發(fā)明提供一種金納米粒子水溶膠的化學制備方法，其目的是解決現(xiàn) 有的制備方法在反應難于控制、高制備成本等方面存在的問題。技術方案
一種金納米粒子水溶膠的化學制備方法，其特征在于以氯金酸、氯金酸鈉或氯金酸鉀 中的一種作為起始反應物，油酸鈉、硬脂酸鈉或亞油酸鈉中的一種作為表面活性劑，水為反 應介質，化二甲基甲酰胺為還原劑，按照以下步驟，得到金納米粒子水溶膠
將起始反應物、表面活性劑、反應介質混合，控制反應溫度在60-100°C范圍內(nèi)，在電磁 攪拌條件下，恒定溫度反應時間為20-120分鐘，即可得到金納米粒子的水溶膠；
其中起始反應物與表面活性劑的摩爾比為4:1-1:8，還原劑％ 二甲基甲酰胺的濃 度為0. 1-1. Omol/L，反應介質溶液的濃度范圍為0. l-5mmol/L。所述起始反應物優(yōu)選氯金酸。所述表面活性劑優(yōu)選油酸鈉。優(yōu)點及效果本發(fā)明采用氯金酸為起始反應物，油酸鈉為表面活性劑，通過控制反 應溫度和反應時間，制備得到了金納米粒子水溶膠。近些年的研究表明油酸分子(或油酸 根離子)對半導體及金屬納米粒子的表面具有較好的修飾作用。油酸鈉是一種常見的工業(yè) 表面活性劑，價廉易得，來源豐富。因此在本發(fā)明中，我們選用油酸鈉作為反應過程的表面 活性劑。本發(fā)明尋找到了一種金納米粒子水溶膠的化學制備方法。通過選用氯金酸、油酸 鈉等基本化工原料作為反應物，在不同的反應溫度、反應時間和反應物濃度條件下，制備得 到了金納米粒子。本發(fā)明提供了一種制備金納米粒子的簡易方法，這對于金納米粒子的進 一步應用具有重要意義。


圖1為本發(fā)明金納米粒子在水中的紫外-可見吸收光譜圖； 圖2為本發(fā)明金納米粒子的透射電子顯微鏡照片。
具體實施例方式
本發(fā)明提供一種金納米粒子水溶膠的化學制備方法，以氯金酸、氯金酸鈉、氯金酸鉀作 為起始反應物，優(yōu)選氯金酸；以油酸鈉、硬脂酸鈉或亞油酸鈉作為表面活性劑，優(yōu)選油酸鈉； 水為反應介質；按照以下步驟，得到金納米粒子水溶膠
將起始反應物、表面活性劑、反應介質混合，控制反應溫度在60-100°C范圍內(nèi)，在電磁 攪拌條件下，恒定溫度反應時間為20-120分鐘，即可得到金納米粒子水溶膠。其中起始反應物與表面活性劑的摩爾比為4:1-1:8，還原劑A 二甲基甲酰胺 的濃度為0. 1-1. Omol/L,反應介質溶液的濃度范圍在0. 1 5mmol/L之間。附圖1為本發(fā)明金納米粒子在水中的紫外-可見吸收光譜圖，圖中曲線給出了油 酸鈉與氯金酸物質量比為2:1 ；反應溫度60°C，反應時間30分鐘時金納米粒子的紫外-可 見吸收光譜；圖2為本發(fā)明金納米粒子的透射電子顯微鏡照片。下面通過具體的實施例來加以說明，但不因具體的實施例限制本發(fā)明。實施例1 將72mg油酸鈉，0. 2ml N，二甲基甲酰胺，50ml水加入到250ml的三口反應瓶內(nèi)， 待溫度緩慢升高到60°C并恒定5分鐘后，緩慢滴加預先配制好的2. 4X10-3mol/L的氯金酸 水溶液10mL，待氯金酸水溶液被全部滴加完畢后，在恒溫60°C的條件下反應20分鐘，即可 得到紅色的含有金納米粒子的水溶膠。紫外-可見光譜測定的結果表明，制備得到的金納 米粒子的水溶膠在530nm左右產(chǎn)生明顯的納米金所具有的特征吸收峰。實施例2:
將72mg油酸鈉，0. 2ml N，二甲基甲酰胺，50ml水加入到250ml的三口反應瓶內(nèi)， 待溫度緩慢升高到100°C并恒定5分鐘后，緩慢滴加預先配制好的2. 4X10-3mol/L的氯金 酸水溶液5mL，待氯金酸水溶液被全部滴加完畢后，在恒溫100°C的條件下反應30分鐘，即 可得到紅色的含有金納米粒子的水溶膠。紫外-可見光譜測定的結果表明，制備得到的金 納米粒子的水溶膠在530nm左右產(chǎn)生明顯的納米金所具有的特征吸收峰。實施例3:
將72mg油酸鈉，0.6ml %務二甲基甲酰胺，50ml水加入到250ml的三口反應瓶內(nèi)， 待溫度緩慢升高到70°C并恒定5分鐘后，緩慢滴加預先配制好的1. 2X 10_3mol/L的氯金酸 鈉水溶液10mL，待氯金酸水溶液被全部滴加完畢后，在恒溫70°C的條件下反應60分鐘，即 可得到紅色的含有金納米粒子的水溶膠。紫外-可見光譜測定的結果表明，制備得到的金 納米粒子的水溶膠在530nm左右產(chǎn)生明顯的納米金所具有的特征吸收峰。實施例4:
將36mg油酸鈉，0. 6ml N，二甲基甲酰胺，50ml水加入到250ml的三口反應瓶內(nèi)， 待溫度緩慢升高到80°C并恒定5分鐘后，緩慢滴加預先配制好的2. 4X 10_3mol/L的氯金酸 鉀水溶液5mL，待氯金酸水溶液被全部滴加完畢后，在恒溫80°C的條件下反應40分鐘，即可 得到紅色的含有金納米粒子的水溶膠。紫外-可見光譜測定的結果表明，制備得到的金納 米粒子的水溶膠在530nm左右產(chǎn)生明顯的納米金所具有的特征吸收峰。實施例5:
將144mg油酸鈉，0. 2ml % 二甲基甲酰胺，50ml水加入到250ml的三口反應瓶內(nèi)， 待溫度緩慢升高到80°C并恒定5分鐘后，緩慢滴加預先配制好的2. 4X 10_3mol/L的氯金酸 水溶液5mL，待氯金酸水溶液被全部滴加完畢后，在恒溫80°C的條件下反應120分鐘，即可 得到紅色的含有金納米粒子的水溶膠。紫外-可見光譜測定的結果表明，制備得到的金納 米粒子的水溶膠在530nm左右產(chǎn)生明顯的納米金所具有的特征吸收峰。
權利要求
1.一種金納米粒子水溶膠的化學制備方法，其特征在于以氯金酸、氯金酸鈉或氯金 酸鉀中的一種作為起始反應物，油酸鈉、硬脂酸鈉或亞油酸鈉中的一種作為表面活性劑，水 為反應介質，A 二甲基甲酰胺為還原劑，按照以下步驟，得到金納米粒子水溶膠將起始反應物、表面活性劑、反應介質混合，控制反應溫度在60-100°C范圍內(nèi)，在電磁 攪拌條件下，恒定溫度反應時間為20-120分鐘，即可得到金納米粒子的水溶膠；其中起始反應物與表面活性劑的摩爾比為4:1-1:8，還原劑％ 二甲基甲酰胺的濃 度為0. 1-1. Omol/L，反應介質溶液的濃度范圍為0. l-5mmol/L。
2.根據(jù)權利要求1所述一種金納米粒子水溶膠的化學制備方法，其特征在于所述起 始反應物優(yōu)選氯金酸。
3.根據(jù)權利要求1所述一種金納米粒子水溶膠的化學制備方法，其特征在于所述表 面活性劑優(yōu)選油酸鈉。
全文摘要
一種金納米粒子水溶膠的化學制備方法，以氯金酸、氯金酸鈉、氯金酸鉀作為起始反應物，油酸鈉、硬脂酸鈉或亞油酸鈉作為表面活性劑，水和乙醇為反應介質，N,N-二甲基甲酰胺為還原劑，按照以下步驟將起始反應物、表面活性劑、反應介質混合，控制反應溫度在60-100℃范圍內(nèi)，在電磁攪拌條件下，恒定溫度反應時間為20-120分鐘，即可得到金納米粒子的水溶膠；起始反應物與表面活性劑的摩爾比為4:1-1:8，還原劑N,N-二甲基甲酰胺的濃度為0.1-1.0mol/L，反應介質溶液的濃度范圍在0.1～5mmol/L之間。本發(fā)明能夠解決現(xiàn)有的制備方法在反應難于控制、高制備成本等方面存在的問題。
文檔編號B22F9/24GK102107283SQ201010556719
公開日2011年6月29日 申請日期2010年11月24日 優(yōu)先權日2010年11月24日
發(fā)明者李鳳紅, 李繼新, 王立巖, 陳延明, 馬少君 申請人:沈陽工業(yè)大學