[發明專利]一種高效制備金納米棒-石墨烯薄膜復合結構的方法

有效

• 申請號: 201310429441.9
• 申請日: 2013-09-18
• 公開（公告）號: CN103484843A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 郭新立;羅丹;文若曦;高珊珊;蔣俊;劉建雙
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C23C18/44
• 分類號: C23C18/44;B22F9/24;C23C18/16;B82Y40/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及金納米棒薄膜、石墨烯薄膜及其復合結構的制備方法，屬于材料化學制備技術領域。

背景技術

金納米材料在生物醫學的各個領域具有巨大的應用潛力。金的表面有一定的惰性，但金納米結構材料可以通過吸附作用將小分子或聚合物負載到金納米結構材料的表面，因此，金納米結構材料可以通過這種方式將具有生物功能的分子或基團，以及需要用于治療的藥物輸送到生物體內進行生物醫學應用。金納米棒制備簡單、形狀和尺寸可控、生物相容性好，具有獨特的光學性質如表面增強拉曼散射效應和依賴于長徑比的表面等離激元共振效應等特性，在納米生物醫學領域有著非常廣泛的應用前景，如腫瘤治療、藥物與基因載體、近紅外活體成像、生物傳感、CT成像等。

石墨烯這一新型材料的出現和近些年人們對它的研究，使它在能源存儲、復合材料等領域表現出無限的應用前景。石墨烯是由碳原子構成的以苯環為基元的二維蜂窩狀結構的單原子層材料，是構建其他維度碳質材料的基本單元。石墨烯具有優異的電學、熱學、力學性能和高的比表面積，在傳感器方面的應用也非常廣泛。如化學傳感器和生物傳感器。石墨烯的理論研究已有60多年的歷史，并且被廣泛用來描述不同結構的碳質材料的性能。與體材料相比，因其獨特的二維晶體結構，表現出奇特而優異的物理、化學、機械等性質。例如，石墨烯是迄今已知的強度最大、厚度最小的材料，其強度是鋼的100倍,比金剛石還要堅硬；石墨烯中電子的最大傳輸速度達到了光速的1/300，傳輸電流的速度比計算機芯片中的硅還要快100倍。當石墨層的層數少于10層時，會表現出較普通三維石墨不同的電子結構。這種石墨烯材料具有許多優異的性質，其理論比表面積高達2600㎡/g，具有突出的導熱性能和力學性能，室溫下載流子遷移率約15000cm2/V﹒s。石墨烯的特殊結構，使其具有完美的量子隧道效應、半整數的量子霍爾效應和從不消失的電導率等一系列性質。

本發明將石墨烯薄膜與金納米棒相結合，通過水合肼還原氧化石墨，利用金種法制備出表面帶有十六烷基三甲基溴化胺（CTAB）的金納米短棒。在石墨烯表面吸附金種并生長金納米棒以此獲得石墨烯金納米棒薄膜，提供了制備金納米棒/石墨烯薄膜復合結構的新途徑。

發明內容

技術問題：本發明提供了一種高效制備金納米棒-石墨烯薄膜復合結構的方法。該方法利用氧化石墨烯分散液制備石墨烯薄膜，向石墨烯表面引入金種并將金納米棒復合在石墨烯薄膜表面。本方法成本低、操作簡單、效率高、可以大量制備。使用ITO作為基片以方便樣品檢測和形態控制。

技術方案：本發明所述的金納米棒/石墨烯薄膜復合結構的制備方法包括以下三步驟：

A.氧化石墨烯薄膜的制備：

將石墨粉加入冰浴的三口燒瓶中，加入98%wt的濃硫酸，反應10-20分鐘后加入硝酸鈉；待反應10-20分鐘后加入高錳酸鉀并攪拌，然后升溫至30-40度，反應30-40分鐘后，加入去離子水并升溫到90-100度攪拌30-60分鐘，再加入過氧化氫并攪拌10-20分鐘，待溶液冷卻后取上層清夜離心得到氧化石墨；將獲得的氧化石墨超聲半小時進行剝離，烘干后獲得氧化石墨烯并根據濃度要求配制濃度為0.1-5mg/ml的淡棕色的氧化石墨烯分散液；將氧化石墨烯分散液涂在氧化銦錫ITO基片表面加熱烘干，得到暗棕色的氧化石墨烯薄膜，用氨水和水合肼在100-150度條件下加熱還原20-50分鐘得到黑色的氧化石墨烯薄膜；

B.金納米棒-石墨烯薄膜復合結構的制備：

1）.將以上步驟A中制備的氧化石墨烯薄膜浸泡在濃度為1-5uMol/L的金氯酸溶液中超聲振蕩30-60秒以向石墨烯薄膜上引入金種；

2）.將十六烷基三甲基溴化胺CTAB，5-溴代水楊酸在30-70度水浴條件下加入燒杯中配制成溶液，在20-50度條溫度下加入2-6mMol/L的硝酸銀，靜置10-30分鐘后加入0.5-3mMol/L的金氯酸，攪拌10-30分鐘后加入60-80mMol/L的抗壞血酸并快速攪拌20-40秒，得到了無色的金納米棒生長溶液；將氧化銦錫ITO基片放入其中10-20個小時，使石墨烯薄膜上生長金納米棒，隨用去離子水漂洗1-3次后烘干得到金納米棒-石墨烯薄膜復合結構。

有益效果：采用本發明方法，可以高效、穩定、高質量的制備出形狀、尺寸

可控，而且導電、透明、導熱的金納米棒/石墨烯薄膜復合結構。

具體實施方式

A.氧化石墨烯的制備：