[发明专利]一种金纳米棒的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米材料的合成方法，特别涉及一种小尺寸金纳米棒的制备方法。

背景技术

金纳米颗粒具有突出的表面等离子体共振性质。这种特殊的性质来源于入射光与金纳米粒子的自由电子相互作用：当入射光的波长与自由电子的振动频率发生共振耦合时，就会产生表面等离子体共振(surface plasmon resonance， SPR)，在紫外-可见光谱上显示强的吸收峰。SPR峰的位置主要取决于以下几个因素：纳米粒子的大小、形状、表面电荷、环境介质条件等。

与球形的纳米金颗粒相比，棒状的金纳米颗粒具有更为特殊的SPR性质。球形的纳米金颗粒表现为单一的SPR峰，而棒状金纳米颗粒则具有横向和纵向两个SPR峰。其中纵向SPR(LSPR)峰的位置取决于金纳米棒颗粒的长短轴比，纵向部分和横向部分的长度比称为纵横比(AR, Aspect Ratio)。因此，通过制备不同长短轴比的金纳米棒颗粒，可以实现SPR的调控(从可见光区到近红外区)，而横向SPR峰(TSPR)(520—530nm)的位置与直径有关，不随金纳米棒颗粒长短轴比的改变而改变。正是由于金纳米棒的SPR特性，它导致周围电磁场呈现特异变化，作用于附近分子、离子等而呈现拉曼散射信号几何级数增强（SERS，Surface Enhanced Raman Scattering）、荧光十倍增强（FE，Fluorescence Enhanced），因此，金纳米棒可用在单分子、低浓度分子与离子的检测。

已有研究表明，AR一定时，尺寸与GNR多光子荧光、熔化温度存依赖关系。不难得出，小尺寸GNR熔点低、发光效率高，带来激光写读功率低、分辨率高的优势；同样，小尺寸GNR作为近红外激光辐照下细胞图像显示、激光热治疗肿瘤时也具有发光亮度高、图像分辨率高以及不损伤细胞的优势。使用小尺寸GNR作为信息存储介质，可以使用更低功率的激光进行信息的写入和读取，同时，有助于提高信息存储密度，减少误码率。因此，开发出小尺寸的GNR极具现实意义。

现有成熟的金纳米棒合成方法主要分为模板法，电化学法，光化学法，湿化学合成的晶种生长法和非晶种生长法等。湿化学合成被广泛采用，所用表面活性剂以CTAB为主（浓度0.1M左右），Au的前驱物均为氯金酸（浓度0.5mM左右），导向剂AgNO₃（浓度0.01M左右），弱还原剂为Vc或柠檬酸（浓度0.1M左右），强还原剂为硼氢化钠（浓度1.6mM左右）。

其中，改进的晶种生长法是指采用还原剂将氯金酸离子还原形成几纳米的金粒子作为晶种，形成种子液；然后在另外的CTAB溶液中，加入水杨酸类添加剂[Xingchen Ye 2012]，加入氯金酸溶液、较弱还原剂，将Au³⁺还原为Au⁺，形成生长液；再将晶种与之混合，使Au⁺在晶种表面被还原，从而实现晶种的长大。利用晶种法制备金纳米棒是目前使用最为广泛的合成金纳米棒的方法，通过向生长液添加合适浓盐酸、改变反应物浓度、晶种放置时间、晶种数量就可改变胶态金晶核尺寸，达到改变GNR纵横比，控制金纳米棒尺寸并实现GNR高产率的目的。以上改进的晶种生长法由于产率高达98%以上，而不再需要离心分离来挑拣富集GNR[Vivek Sharm 2008]。然而，晶种法制备金纳米棒的不足之处是实验程序较为复杂，控制因素多——如要求很细致的控制生长液和种子液的多项工艺参数，更为重要的是所得金纳米棒的尺寸较大，通常直径10～20nm，难以得到高产率、更小直径的金纳米棒。

与其相比，非晶种生长法由于不需要加晶种，故可以制备出尺寸更小的的金纳米棒。然而，迄今，出现在各文献与报告中的非晶种法由于在制备环节中棒生长控制环节存在不足，棒产率偏低（通常小于50%）[Peter Zijlstra 2006]。要获得高比例GNR不得不采用后期费时的高速离心筛选的方法。具体来说，现有非晶种法生长金纳米棒的技术方案是在表面活性剂存在的条件下，先用较弱的还原剂将Au³⁺还原为Au⁺，再加入强还原剂将Au⁺继续还原为0价金，并在表面活性剂CTAB形成的胶束中生长成金纳米棒。因此，现有非晶种生长法难以实现高产率制备小尺寸金纳米棒。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金纳米棒的制备方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种金纳米棒的制备方法，包括如下步骤：