[發明專利]一種通過激光生成水合電子來制備納米金顆粒的方法

有效

• 申請號: 201310259797.2
• 申請日: 2013-06-21
• 公開（公告）號: CN103341635A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 葉滿萍;鄭梟;杜允
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: B22F9/24
• 分類號: B22F9/24;B82Y40/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及材料科學技術領域，尤其是一種通過激光生成水合電子來制備納米金顆粒的方法。

背景技術

納米金，即指金的納米顆粒，其直徑在1-100nm，納米金以其良好的穩定性、小尺寸效應、表面效應、光學效應以及獨特的生物親和性，在工業催化、生物醫藥、生物分析化學、食品安全快速檢測等領域具有廣泛的應用。

目前制備納米金顆粒的方法主要有物理法和化學法。物理方法中，最常見的是真空蒸鍍法、軟著陸法、激光消融法等。物理方法原理簡單，所得產品雜質少、質量高，其缺點是對儀器設備要求較高、生產費用昂貴，制得的納米金顆粒的尺寸和形狀不易控制。化學法主要有水相化學還原法、微乳液法、相轉移法等，化學方法制備的納米金顆粒最小可達幾納米，容易控制，缺點是得到的納米金顆粒不易轉移和組裝、容易包含雜質，易發生聚集，且需要添加較多的分散劑、穩定劑及還原劑，對環境危害較大。

中國發明專利申請“一種利用激光制備納米金屬顆粒的方法(申請號：201210499205.X；公開號：CN102962466A)”，該方法在惰性氣體艙中，用激光照射沉積在透明基板上的金屬薄膜，金屬薄膜受熱蒸發變成氣體納米金屬顆粒，后經惰性液體冷卻，完成納米金屬顆粒的制備。該方法能精確控制納米顆粒尺寸，避免微小納米顆粒發生團聚，但是也存在一定缺陷，如裝置復雜，過程繁瑣，耗時長。

發明內容

鑒于上述背景，本發明目的在于提供一種新的納米金顆粒的制備方法，該方法操作簡單，對環境友好，所制得的納米金顆粒在水相中，容易轉移。所制得的納米金顆粒粒徑范圍較大，粒度分布均勻。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案具體包括如下步驟：

步驟1.將表面活性劑、有機小分子放入水中，進行超聲溶解后，配制成水-表面活性劑-有機分子溶液；

步驟2.將氯金酸晶體溶解于水配制成氯金酸溶液；

步驟3.將水-表面活性劑-有機分子溶液與氯金酸溶液按比例形成混合溶液，加入流動樣品池中；

步驟4.將脈沖激光聚焦后，照射混合溶液，生成的水合電子將氯金酸還原，還原時間為5-10min，制備出納米金顆粒。

上述的制備方法中，所述的表面活性劑在水中的濃度高于臨界膠束濃度，能夠形成膠束。表面活性劑為陰離子表面活性劑，它的疏水基團在膠束內部形成非極性區域，而親水基團與水接觸形成親水區域。

上述的制備方法中，所述的有機分子溶解在膠束內部。脈沖激光將水和有機分子激發，瞬間電離出大量自由電子。從水中產生的自由電子很快與正離子復合，就消失了。而在膠束內部產生的自由電子在很短的時間內(約10^-15s)從膠束內部轉移到水相中。這部分電子在表面活性劑的膠束結構的阻攔下，不能與正離子復合，在水相中可以存在較長時間(約10^-7-10^-5s)。這部分電子在水相中是多余的，很快形成水合電子，可以作為水相中的強還原劑。

上述的制備方法中，所述的氯金酸在水中電離出氫離子(H⁺)和四氯合金離子(AuCl₄^-)，用水合電子作為強還原劑還原氯金酸的方程為：

上述的制備方法中，所述的脈沖激光器是飛秒或者納秒脈沖激光器。通過改變激光能量大小或改變混合溶液的比例，可以改變水合電子的產率，從而制備出不同尺寸的納米金顆粒。

本發明的優點和有益效果是：

1.本發明利用脈沖激光激發水-表面活性劑-有機分子溶液生成水合電子，水合電子產率可以達到10％，水合電子的壽命可以達到200納秒到幾個毫秒，高的水合電子產率和長的電子壽命使金屬化合物很容易被還原，而且附著在納米金顆粒上的水合電子互相排斥，可有效地阻止納米金的聚集長大，從而形成粒徑分布均勻的納米金顆粒。所制得的納米金顆粒粒徑范圍較大，粒度分布均勻。

2.本發明采用的水合電子還原法產生納米金顆粒的方法，操作簡單，利用脈沖激光以及常見的化學試劑就可以實現。

3.本發明采用的水合電子還原法產生納米金顆粒的方法，所使用的化學試劑包括表面活性劑及有機小分子，對環境友好，不會造成污染。

4.本發明采用的水合電子還原法產生納米金顆粒的方法，所制得的納米金顆粒在水相中，容易轉移。

本發明不僅可用于納米金的制備，還可用于納米銀、納米銅等材料的制備，只需要將氯金酸換成相應的銀或銅鹽或者酸。

附圖說明