[发明专利]一种金/聚合物/金三层核壳纳米哑铃材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种金/聚合物/金三层核壳纳米哑铃材料及其制备方法和应用，特点是该核壳纳米材料由金纳米棒内核、位于金纳米棒表面的聚合物壳层和位于金纳米棒两端的金纳米帽组成，其中，内核长度为100‑400纳米，棒表面壳层为厚度10纳米的聚苯乙烯聚丙烯酸嵌段共聚物层，棒两端为粒径80‑130纳米的金纳米帽，其采用种子诱导法制备的金/聚合物/金复合纳米材料，优点是具有内外两层贵金属金纳米颗粒，在外来激发光的作用下，它们产生的表面局域电磁场之间能够发生相互耦合作用，产生具有极高强度的SERS信号输出。本发明制备工艺简单，周期短，产量高，易于推广及大规模生产。

技术领域

本发明涉及材料工程及纳米技术领域，尤其是涉及一种金/聚合物/金三层核壳纳米哑铃材料及其制备方法和应用。

背景技术

在过去二十年中，由于具有单分子级别的检测灵敏度，表面增强拉曼散射(SERS)技术已经发展成为生命保健，环境监测和食品安全等领域的高效分析检测手段。在各种SERS材料中，贵金属纳米材料的优势在于其表面等离子体共振(LSPR)能够诱导产生极强的局域电磁场，表现出优异的增强特性。在这些贵金属纳米材料中，金以其较好的生物相容性和简单的制备工艺脱颖而出。目前，人们已经成功制备了多种多样的金纳米材料，如纳米棒，纳米立方体，纳米片和纳米双锥等。通过改变这些金纳米材料的结构和形貌，人们可以有效地调节其表面等离子体特性获得较为优异的光学性质。但是，由于其中不含有纳米间隙，单独的金纳米颗粒，其SERS信号通常太弱而不能用于单分子检测。同时，SERS纳米探针的效率和可靠性常常受到配体解离或交换的损害。因此，有必要利用先进的纳米制造技术制作新颖的带有分子保护层和纳米间隙的复合金纳米材料，以获得更好的SERS性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有极高强度的SERS信号输出的金/聚合物/金三层核壳纳米哑铃材料及其制备方法和应用。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种金/聚合物/金三层核壳纳米哑铃材料，该核壳纳米材料由金纳米棒内核、位于金纳米棒表面的聚合物壳层和位于金纳米棒两端的金纳米帽组成，其中所述的金纳米棒内核的长度为100-400纳米，所述的聚合物壳层为厚度10纳米的聚苯乙烯聚丙烯酸嵌段共聚物层，所述的金纳米帽的粒径为80-130纳米。

上述金/聚合物/金三层核壳纳米哑铃材料核壳纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

1)金纳米棒的制备

A.配置柠檬酸钠和氯金酸混合水溶液，于室温下边剧烈搅拌边向其中加入柠檬酸钠和氯金酸混合水溶液体积3％的硼氢化钠溶液还原得到金种子溶液；

B.取上述金种子溶液加入到金种子溶液9倍体积的甲基溴化铵和氯金酸混合水溶液中，再快速加入金种子溶液50×10^-3倍体积的抗坏血酸水溶液，反应15秒后得到第一反应液；取第一反应液快速加入到第一反应液9倍体积的十六烷三甲基溴化铵和氯金酸混合水溶液中，再快速加入第一反应液50×10^-3倍体积的抗坏血酸水溶液，反应30秒后得到第二反应液；取第二反应液加入到第二反应液体积3-45倍的十六烷三甲基溴化铵和氯金酸混合水溶液中，持续搅拌1小时后停止搅拌并静止24小时，取走上层清液，将下层液体离心后收集沉淀，即得金纳米棒；

2)金/聚合物核壳纳米材料的制备

取步骤1)制得的金纳米棒加入到含有拉曼分子2-萘硫酚和聚苯乙烯聚丙烯酸嵌段共聚物的二甲基甲酰胺水溶液中并剧烈搅拌后置于油浴锅中于110℃下加热2小时，之后缓慢降至室温，离心后收集沉淀，即得金/聚合物核壳纳米材料；

3)金/聚合物/金三层核壳纳米哑铃材料的制备

将步骤2)制得的金/聚合物核壳纳米材料溶于由氯金酸、十六烷三甲基溴化铵和氢氧化钠溶于水制成的混合液中，边搅拌边缓慢滴加抗坏血酸水溶液，于室温下反应1小时，反应结束后，离心后收集沉淀，金/聚合物/金三层核壳纳米哑铃材料。