[发明专利]高纯度金纳米双锥及其复合纳米材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明申请涉及一种高产率金纳米双锥体及其制备和纯化方法，以及利用所得的的金纳米双锥制备复合纳米材料的方法，属于纳米材料技术领域。

背景技术

金纳米棒是一种尺度从几纳米到上百纳米的棒状金纳米颗粒。金是一种贵金属材料，化学性质非常稳定，金纳米颗粒沿袭了其体相材料的这个性质，因此具有相对稳定，却非常丰富的化学物理性质。金纳米棒拥有随长宽比变化，从可见(550nm)到近红外(1550nm)连续可调的表面等离子体共振波长，极高的表面电场强度增强效应(高至10e7倍)，极大的光学吸收、散射截面，以及从50%到100%连续可调的光热转换效率。由于它独特的光学、光电、光热、光化学、以及分子生物学性质，金纳米棒在材料科学界正受到强烈的关注，并引发众多材料学家、生物化学家、医学家、物理学家、微电子工程师等科研工作者对之进行广泛和深入的研究。

到目前为止，金纳米棒的制备已经非常成熟，并且在生物传感、光学存储、催化、纳米电子学以及临床治疗等领域得到充分应用。和金纳米棒形貌以及性质相似的金纳米双锥也在2001年由美国科学家Jana和Murphy首先制备出来（B.N.R.Jana，L.Gearheart，C.J.Murphy，Adv.Mater.2001,13,1389-1393.），他们利用制备金纳米棒常用的方法—种子生长法成功的合成了金纳米双锥，其中的表面活性剂是十六烷基三甲基溴化铵。在随后的发展中，香港中文大学利用不同的表面活性剂（十六烷基三乙基溴化铵、十六烷基三丙基溴化铵和十六烷基三丁基溴化铵）制备出了不同波长的金纳米双锥，范围可从700变化到1300纳米，使得金纳米双锥的制备方法更加成熟（X.S.Kou,S.Z.Zhang,C.–K.Tsung,M.H.Yeung,Q.H.Shi,G.D.Stucky,L.D.Sun,J.F.Wang,C.H.Yan.J.Phys.Chem.B 2006,110,16377-16383;X.S.Kou,W.H.Ni,C.–K.Tsung,K.Chan,H.–Q.Lin,G.D.Stucky,J.F.Wang.Small2007,3,2103–2113.）。

相比于金纳米棒，金纳米双锥的大小和形状更加的均匀，并且在双锥的两头具有更大的电场增强，这使得金纳米双锥成为生物传感、光学存储、催化、纳米电子学以及临床治疗等领域更好的选择。但是金纳米双锥的制备存在一大问题，即种子生长法得到的双锥产率很低，一般情况下达不到40%，这就对它的进一步应用产生了巨大的阻力，所以提纯金纳米双锥显得非常意义重大。

发明内容

本发明申请是针对目前以种子生长法制备金纳米双锥体产率较低的问题，提出一种操作较简便、高重复性、高产率的金纳米双锥体制备和提纯方法。利用本发明申请所述的方法，能够合成并提纯多种不同尺寸的金纳米双锥体，其纵向表面等离子体共振波长可在600纳米到1200纳米之间，提纯后的产率可达97%以上。

总的来说，本发明申请所述的高产率金纳米双锥体的制备及提纯方法，对传统的种子生长法所制备的金纳米双锥体、金纳米球、金纳米棒混合物进行包银处理，在溶液中还原而成的银原子将均匀地包裹在金纳米球和金纳米棒表面，而在金纳米双锥体的两端持续堆积，最终形成以金纳米双锥体为中心、两端为银棒的大长径比纳米棒结构，经过一段时间的自然沉淀，会沉积在离心管的底部，抽掉上清液就得到了纯度达到97%以上的银包覆金纳米双锥晶体，之后再利用氨水和双氧水除去金表面的银，这样就得到了纯度很高的金纳米双锥，并可以很好的分散在水溶液或者表面活性剂溶液里，它们的等离子体光学性质在提纯前后保持不变。

本发明申请的一个目的是提供一种高纯度金纳米双锥的提纯方法，具体来说，包括如下的步骤：

1.制备纳米金种子溶液：在室温（25℃）条件下，向浓度为0.00001～0.0025M的柠檬酸钠水溶液中加入0.01～15mM的四氯金酸水溶液，将上述溶液与0.001～0.15M的硼氢化钠水溶液混合后，室温下静置1～6小时后得到纳米金种子溶液；

2．制备金纳米双锥体生长溶液：在浓度为0.001～0.25M的十六烷基铵类阳离子表面活性剂水溶液中，分别加入浓度为0.001～0.015M的四氯金酸水溶液、浓度为0.005～0.02M的硝酸银水溶液和浓度为0.5～2M的盐酸溶液，混合均匀后加入浓度为0.001～0.2M的抗坏血酸水溶液，然后再向其中加入步骤1制备的纳米金种子溶液，该混合溶液在室温下静置3～18小时，得到纯度较低的金纳米双锥溶液；