[发明专利]一种仿细胞结构金属纳米材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属纳米材料制备技术领域，具体涉及仿细胞结构的金属纳米材料的室温液相制备方法。

背景技术

据英国《今日纳米》(Nano Today，2009，4，494)及欧洲爱思唯尔出版社《材料科学与工程》(Elsvier，Materials Science and Engineering R：2010，70，44)介绍，目前制备中空多孔金属纳米材料主要采取高温下的金属置换反应。但由于在加热沸腾的高温条件下极易使纳米金属核原有的形貌遭到破坏，而光学各向异性的金属纳米颗粒的形貌改变会导致仿细胞纳米结构无法形成的难题，因此该方法最大的局限性在于只能形成完全内空腔的纳米结构，无法合成内空腔含可移动金属核的仿细胞的纳米结构。

发明内容

本发明的目的是提供一种仿细胞结构的金属纳米材料的室温液相制备方法，以克服现有技术的上述缺陷，实现光学各向异性的金属纳米颗粒的仿细胞结构的制备。

本发明仿细胞结构金属纳米材料的制备方法，其特征在于：先在金属纳米颗粒表面通过形成核壳式结构的还原剂对外加的金属盐溶液中的金属离子进行还原，在原有的金属纳米颗粒的表面形成另一种金属的壳层，从而构成二元金属核壳式结构；再通过形成仿细胞结构的还原剂，在上述二元金属核壳式结构的表面，将随后加入的金属盐溶液中的高价态金属离子还原成中间低价态的金属离子；然后借助这两种金属之间的置换反应牺牲该金属壳层，形成由金属核、空腔和金属壁组成的类似于细胞结构中的细胞核、细胞质和细胞壁构成的仿细胞金属纳米结构；

其中作为仿细胞结构金属纳米材料内核的金属纳米颗粒，选自片状、棒状、线状、管状、花状、立方块状、海胆状或多面体状的金、银、铂、铜、钴或钯的纳米颗粒；

所述形成核壳式结构的还原剂可选用抗坏血酸，或硼氢化钠、硼氢化钾、水合肼、羟氨或乙二醇；

所述形成仿细胞结构的还原剂可选用抗坏血酸，或弱还原剂单糖、多糖、维生素或氨基酸；

参与置换反应形成仿细胞结构的由两种金属相配合组成的金属对，可选自银/金、铜/金、铜/银、金/钯、金/铂、钯/铂、银/铂、铜/钯、铜/铂或钴/铂。

与高温沸腾条件下采用金属置换反应的方法形成内空腔的金属纳米材料的现有技术相比，由于本发明利用了还原并置换的协同作用机制，即先采用弱还原剂在纳米金属核的表面将另一种金属离子从高价态还原到低价态形成核壳式结构，再借助具有高度反应活性的核壳式金属纳米颗粒的表面作为模板，通过置换反应，将另一种低价态的金属离子置换形成壳层，从而产生内空腔含可移动的金属核的仿细胞结构；本发明制备方法避免了原采取金属置换反应直接从高价态的金属离子还原到零价金属的方法所需的苛刻反应条件；更为重要的是能够完整地保留原有的纳米尺度的金属核的形貌，从而形成新一类的内空腔内含可移动金属核的金属纳米材料，即仿细胞结构的金属纳米材料；本发明这一技术具有通用性，能在室温条件下可控合成具有特殊光学或催化特性的仿细胞结构的金属纳米材料，可用于环境检测，工业催化，生物医学等许多方面，制备方法简单，同时具有广泛的普适性。

附图说明

图1为本发明仿细胞结构金属纳米材料的制备方法的合成机制示意图；

图2为金纳米棒的透射电镜照片；

图3为金银核壳纳米棒的透射电镜照片；

图4为仿细胞结构的金纳米棒的透射电镜照片；

图5为仿细胞结构的金纳米棒的紫外-可见-近红外曲线；

图6为金纳米片的透射电镜照片；

图7为金银核壳式纳米片的透射电镜照片；

图8为仿细胞结构的金纳米片的透射电镜照片；

图9为仿细胞结构的金纳米片的紫外-可见-近红外曲线。

具体实施方式

实施例1：仿细胞结构的纳米金棒的合成

图1为本发明仿细胞结构金属纳米材料的制备方法的合成机制示意图。

先在金属纳米颗粒a的表面，通过形成核壳式结构的还原剂，对外加的金属盐溶液中的金属离子进行还原，在原有的金属纳米颗粒的表面形成另一种金属的壳层，从而构成二元金属核壳结构b；再通过形成仿细胞结构的还原剂，在上述二元金属核壳式结构的表面，将随后加入的金属盐溶液中的高价态金属离子还原成中间低价态的金属离子；最后借助这两种金属之间的置换反应牺牲该金属壳层，形成仿细胞结构c。由于采用本发明方法制备形成的由金属核、空腔和金属壁组成的纳米结构类似于生物细胞中由细胞核、细胞质和细胞壁组成的结构，故本发明将其形象地描述为仿细胞金属纳米结构。