[發明專利]一種制備毫米尺度二維單晶金片的方法

有效

• 申請號: 201810286860.4
• 申請日: 2018-04-03
• 公開（公告）號: CN110340375B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發明（設計）人: 李朝旭;吳曉晨;呂莉莉
• 申請（專利權）人: 中國科學院青島生物能源與過程研究所
• 主分類號: B22F9/24
• 分類號: B22F9/24;B22F1/05;B22F1/068;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 李穎;周秀梅

本發明屬于微納材料制備領域，具體的說是一種制備毫米尺度超大尺寸二維單晶金片的方法。在攪拌條件下，向四氯金酸溶液與蛋白質納米纖維的混合液中加入鹵族鹽類的固體，溶解并混合均勻靜置反應，即得毫米尺度二維單晶金片。本發明實驗原料廣泛易得，實驗重復性好，產率高，對實驗設備要求低，綠色環保，操作簡單，得到的金片產物具有超大的二維尺寸及原子級平整表面。

技術領域

本發明屬于微納材料制備領域，具體的說是一種制備毫米尺度超大尺寸二維單晶金片的方法。

背景技術

單晶金由于優良的穩定性、良好的生物相容性、低毒性以及獨特的光學和電學等性質，在生物醫學、納米電子學、光電子學等諸多領域應用廣泛。二維單晶金片以其獨特的晶體結構和優異的物理化學性能，在電子、光電、催化、傳感、智能可穿戴電子設備等領域顯示出極為廣泛的科研與應用價值，成為材料研究領域的前沿與熱點。

二維單晶金片表面粗糙度低，其平整度可達原子級別，是金屬表面改性以及單分子檢測的理想基底材料。比如，二維單晶金片具有表面等離子體增強效應，可作為表面拉曼/熒光信號的增強材料。同時，基于二維單晶金片良好的導電性和較高的比表面積，可以通過共聚焦離子束刻蝕等加工手段制備微型電路，應用于電子設備、智能傳感等領域。

然而，二維單晶金片制備方法困難，對實驗設備要求嚴格，且制備出的單晶金片尺寸較小，局限于微米級別。經過對現有技術的檢索發現，中國專利文獻號CN 101565840B，公開日期2008年4月23日，公開了一種二維貴金屬納米材料及其制備方法，該制備方法為電沉積法，首先在襯底表面蒸鍍金膜，并置于電解液中作為陰極材料在1-50μA/cm²的電流下經電沉積制備，所得二維貴金屬片的尺寸為0.5～2.5um，厚度為15～25nm。但該現有技術實驗設備與實驗過程復雜，需要蒸鍍、電沉積等一系列步驟，制備條件苛刻，不利于工業化大量生產；且制備出的二維金片尺寸仍為微米級別，轉移過程困難。

為改善上述情況，以生物大分子作為還原劑，采用溶液還原法制備二維金片是一種簡單便捷的方法。如文獻(Phys.Chem.Chem.Phys.2012.14.9636–9641)采用淀粉輔助還原制備二維單晶微米金片，金片尺寸隨反應體系中鹽酸濃度的增加而增大，在鹽酸濃度為4M時，金片尺寸可達140um。然而，該方法需要高濃度鹽酸，存在一定危險性。又如文獻(Mater.Sci.Eng.,C 2016.376-382)提及一種絲素蛋白納米纖維輔助還原制備金片的方法，研究人員發現，在酸性條件下(pH＝0.7)，絲素蛋白納米纖維可以還原得到二維尺寸高達20um的單晶金片。該方法實驗原料廉價易得，但所得單晶金片尺寸較小，局限于微米單位。文獻(Adv.Mater.2015.27.1945-1950)提及了一種制備二維單晶金片的方法，采用β-乳球蛋白納米纖維輔助還原二維金片，金片最大尺寸約為200um，該方法操作簡單，綠色環保，然而β-乳球蛋白價格昂貴，且制備得到的單晶金片尺寸限制在微米范圍。

雖然二維金片材料得到大家的廣泛關注，但超大尺寸二維金片的制備仍然存在一些問題，例如制備過程復雜、條件苛刻、金片尺寸局限于微米尺度、成本較高和工業化宏量生產困難等。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種制備毫米尺度超大尺寸二維單晶金片的方法。

為實現上述目的，本發明采用技術方案為：

一種制備毫米尺度二維單晶金片的方法，在攪拌條件下，向四氯金酸溶液與蛋白質納米纖維的混合液中加入鹵族鹽類的固體，溶解并混合均勻靜置反應，即得毫米尺度二維單晶金片。

進一步的說，在攪拌條件下，在摩爾濃度為1～100mM的四氯金酸溶液與蛋白質納米纖維的混合液中加入濃度為0.01～4M鹵族鹽類的固體，在pH在0～7之間，60～95℃溶解并混合均勻靜置反應120～300小時，洗滌，即得毫米尺度二維單晶金片；其中，蛋白質納米纖維與四氯金酸加入量的質量比為0.1～0.6。

更進一步的說：