[发明专利]一种Yolk-Shell结构的双金属多层多孔中空纳米粒子及其合成方法

说明书

本发明公开一种Yolk‑Shell结构的双金属多层多孔中空纳米粒子及其合成方法，以纳米金粒子为核、金银合金为壳，通过简单可控的沉积银以及连续的电化学置换反应，最终合成了热点丰富、间距可调的多层多孔的中空纳米结构。本发明方法简单可控，可以实现层数可控的新型Yolk‑Shell状多层多孔中空纳米粒子结构的制备合成，制备简单，成本低廉，产率高，重复性好。通过本发明方法制备的Yolk‑Shell状双金属多层多孔中空纳米材料尺寸均匀，均一性好，粒径可控，纯度高，热点丰富，在生物传感、催化等方面具有广泛的运用前景。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种Yolk-Shell结构的双金属多层多孔中空纳米粒子及其合成方法。

背景技术

贵金属纳米材料是纳米材料领域中的一个重要分支，在催化反应、光学、传感器、生物医学领域应用广泛。这些性能与材料的组成、尺寸、形貌息息相关。因而一直以来，设计和合成具有特殊结构和性能突出的贵金属纳米材料已成为研究热点。其中核壳结构纳米复合材料由于其两个或多个组分的协同作用展现出特殊的性能受到关注，而中空结构具有较大的比表面积，较小的密度和表面渗透率以及低的贵金属用量等优势引起研究者的兴趣。Yolk-Shell(蛋黄-壳)结构就同时具有核壳结构和空心结构的特性，是一种将核芯封装在空心结构里的复合结构，具有密度低，比表面积高和稳定性高等特点。Yolk-Shell结构种类繁多，由于单层核壳结构合成简便，核芯与壳层更易调控更受研究者们的青睐，但是对于多层结构，目前为止，因为结构的复杂性和实验的困难，此结构报道并不是很多，合成具有多层不同直径的空心壳层构成的复合Yolk-Shell结构是具有极大挑战的。

发明内容

本发明的第一个目的是针对现有技术的不足，提供了一种精准合成Yolk-Shell结构的双金属多层多孔中空纳米粒子的方法。通过简单可控的沉积银以及连续的电化学置换反应，最终合成了热点丰富、间距可调的多层多孔的中空纳米结构。

具体采用的技术方案如下：

步骤(1)、制备金纳米粒子

以氯金酸溶液、十六烷基三甲基溴化铵CTAB溶液、硼氢化钠溶液为原料合成纳米金种子溶液；将上述纳米金种子溶液加入生长液中进行生长，制备得到球型金纳米粒子；其中所述生长液为抗坏血酸、氯金酸和十六烷基三甲基氯化铵CTAC的混合液，所述球型金纳米粒子的粒径为5～20nm。

步骤(2)、制备以纳米金粒子为核、银为壳的核壳型Au@Ag纳米立方

在60～65℃水浴环境下，将表面活性剂CTAC与步骤(1)中球型金纳米粒子均匀混合3～5min，然后加入还原剂抗坏血酸、硝酸银反应4～6h，使银离子在金纳米粒子表面生长，制备得到以金纳米粒子为核、银为壳的核壳型Au@Ag纳米立方。

步骤(3)、合成以纳米金粒子为核、金银合金为壳的Yolk-Shell型双金属Au@AuAg₁单层中空纳米粒子

将步骤(2)核壳型Au@Ag纳米立方用超纯水分散，然后加入CTAC、抗坏血酸、氢氧化钠、氯金酸混合均匀，反应一定时间后将溶液粗离心，离心产物用超纯水分散得到Au@AuAg₁单层纳米粒子。

根据AuCl4^-/Au(0.990V vs SHE)与Ag⁺/Ag(0.80V vs SHE)标准电势电位差，可以发生电化学置换反应，电置换反应首先发生在粒子侧面，金原子和银原子共沉积在边缘和角落，形成凹形纳米粒子。

步骤(4)、合成以纳米金粒子为核、金银合金为壳的Yolk-Shell型双金属Au@AuAg₁单层多孔中空纳米粒子