[发明专利]高产率大长径比金纳米棒及其制备方法

说明书

技术领域

本发明申请涉及一种高产率大长径比的金纳米棒及其制备方法，属于纳米材料制备技术领域。

背景技术

金纳米棒是一种尺度从几纳米到上百纳米的棒状金纳米颗粒，近年来由于其独特的表面等离子体性质受到研究人员的广泛关注，在生物传感、光学存储、催化、纳米电子学以及临床治疗等领域显示出巨大的应用前景。

目前已发展了多种制备金纳米棒的方法，包括电化学还原、光化学合成和种子生长法。在这些方法中，由美国科学家Murphy和EI～Sayed分别领导的小组所提出并改良的种子生长法最为成熟，可以得到纵向表面等离子体共振波长在900nm以下，产率达95％的金纳米棒，且重现性较好(B.Nikoobakht，M.A.El～Sayed，Chem.Mater.2003，15，1957～1962；A.Gole，C.J.Murphy，Chem.Mater.2004，16，3633～3640.)。该方法可以简单描述如下：首先在十六烷基三甲基溴化铵的水溶液中以强还原剂还原金盐得到3～5nm大小的纳米金种子，之后将种子加入含有金盐、弱还原剂(抗坏血酸)、结构导向剂(十六烷基三甲基溴化铵)和辅助剂(硝酸银)的生长溶液中静止一段时间，但是该方法不适合于制备高产率的纵向表面等离子体共振波长在900nm以上的金纳米棒。对此，人们发展了基于种子生长的三步合成法，利用在柠檬酸钠溶液中生长的纳米金种子，在无硝酸银存在的条件下，通过连续加入生长溶液来制备长径比高达20的金纳米棒(B.D.Busbee，S.O.Obare，C.J.Murphy，Adv.Mater.2003，15，414～416.)。但是已报道的三步法制备的金纳米棒产率最高只有不到50％，且需要经过多步提纯，不利于金纳米棒的大规模应用；此外，实际应用中为了得到确定的纵向表面等离子体共振波长的金纳米棒，需要对合成好的金纳米棒进行后续调节处理。常用的方法有加入硫化物，热处理和氧气氧化等，这些反应一旦启动，往往难以精确控制和停止，因此有必要发展一种可控且对金纳米棒无污染的共振波长调节方法。

发明内容

本发明申请即是针对目前金纳米棒制备方法中存在上述不足之处，提供一种操作简便快速，可制备高产率、大长径比的金纳米棒以及其制备方法，利用本发明申请所述的方法能够对已合成的金纳米棒的纵向表面等离子体共振波长进行连续精确调节。

本发明申请提供的高产率大长径比金纳米棒的制备方法，在传统的种子生长法的生长溶液中添加少量具有较大头部基团的十六烷基铵类阳离子表面活性剂成分，该成分的加入可以在生长过程中部分取代吸附在金棒表面的十六烷基三甲基溴化铵双层结构，其较大的头部基团可以更加紧密的包裹住金纳米棒，从而有效抑制金棒裸露的侧面与生长溶液间的物质交换，而金棒顶点由于具有较大的曲率，其生长受此包覆作用的影响较小，净结果是得到细长的具有大长径比的金纳米棒。

对于已合成的金纳米棒的纵向表面等离子体共振波长的连续调节，本发明申请采用四氯金酸作为氧化剂，使金纳米棒逐步变短而保持纳米棒直径不变。由于金纳米棒的纵向表面等离子体共振波长与纳米棒的长径比成线性关系，因此可通过该方法控制金纳米棒的纵向表面等离子体共振波长。四氯金酸和金棒的氧化还原反应在一定浓度下近似于滴定反应，反应具有快速定量的特性；此外，四氯金酸的还原产物是一价金盐，对原金纳米棒溶液不引入其他元素，因此不会造成对已合成金棒的污染。

具体来说，本发明申请所述的高产率大长径比金纳米棒的制备方法，包括如下的步骤：

1、制备纳米金种子溶液：在室温条件下，向浓度为0.01～0.25M的十六烷基三甲基溴化铵水溶液中加入1～15mM的四氯金酸水溶液，将上述溶液与0.001～0.15M的硼氢化钠水溶液混合后，静置1～6小时后得到纳米金种子溶液；

2、制备金纳米棒溶液：在浓度为0.01～0.25M的十六烷基三甲基溴化铵水溶液中分别加入浓度为0.001～0.15M的四氯金酸水溶液，浓度为0.005～0.02M的硝酸银水溶液、浓度为0.5～2M的盐酸溶液和浓度为0.01～0.2M的十六烷基铵类阳离子表面活性剂，混合均匀后加入浓度为0.02～0.2M的抗坏血酸水溶液，然后再向其中加入步骤1制备的纳米金种子溶液，该混合溶液在室温下静置3～18小时，得到金纳米棒溶液；

3、纯化金纳米棒溶液：将步骤2中合成好的金纳米棒溶液通过离心分离，去除溶液中多余的溶质，向其中加入0.05～0.2M的十六烷基三甲基溴化铵溶液，使金的浓度为0.2～0.8mM；