[发明专利]五角星形Au‑Cu合金纳米晶体的制备方法及由其制备的产品

说明书

技术领域

本发明属于贵金属纳米颗粒合成领域，特别涉及五角星形Au-Cu合金纳米晶体的制备方法及由其制备所得的五角星形Au-Cu合金纳米晶体。

背景技术

近年来，双金属纳米材料的研究引起了越来越多研究者的兴趣，其原因在于，两种金属组合在一起，往往能显示出不同于单金属的独特性质。同时，纳米材料的性质取决于它的尺寸和形貌，因此，探究如何可控合成双金属纳米材料具有很重要的意义。在金属中，Au和Cu都具有优异的光学和催化性质，但是Au的造价往往比较贵，而Cu在使用过程中又很容易被氧化。因此，把Au和Cu结合在一起，既可降低反应物成本，又增加了Cu的稳定性；并且利用双金属的协同效应，Au,Cu双金属也将在表面等离基元共振和催化方面发挥显著的作用。然而，目前在Au-Cu合金的合成方法中仍存在一些亟待解决的问题。例如，《德国应用化学》(AngewandteChemie International Edition49.6781-6785,2010)报道了使用二苯醚体系的一步法制备Au-Cu合金纳米立方体的技术，但在制备过程中，除含有Au和Cu的前驱体之外，还使用了大量的添加物(十二硫醇，金刚石甲酸，1,2-十六二醇，十六胺)，并以二苯醚做溶剂，使得实验成本高且环保效益差。《德国应用化学》(AngewandteChemie International Edition122.2979-2983,2010)报道了在油酸和三辛胺存在下，在Au的晶种溶液中还原Cu，通过扩散作用合成Au-Cu合金，其制备过程中使用了油酸和三辛胺这样高成本高有机物，同时该反应需在高温(280-300℃)下进行，因此使得大规模制备Au-Cu合金成为难题。《美国化学会会志》(Journal of the American Chemical Society133.10325-10327,2011)报道了使用气相磁控溅射的方法挑选出特定质量的Au-Cu合金纳米团簇，但是由于仪器的限制，这种物理制备方法并未推广，且产品的形貌也无法很好地控制。到现在为止，尚未见文献报道在温和水相条件下制备出均一的具有高分枝的Au-Cu合金纳米晶体。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有特殊形貌的Au-Cu合金纳米晶体的制备方法，以降低贵金属Au的成本，并提高Cu在纳米尺寸上的稳定性。通过合成具有特殊形貌的Au-Cu纳米颗粒，将更好的发挥双金属的协同效应并发掘其更广阔的应用潜能。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了如下的技术方案：

一种Au-Cu合金纳米晶体的制备方法：利用温和的水相合成方法可控合成平均大小在45-200nm，Cu摩尔比例在4.0％～17.5％范围内的五角星形Au-Cu合金纳米晶体，其具有五重对称性。

如所述的一种Au-Cu合金纳米晶体的制备方法，其中合成平均大小为200nm的五角星形晶体的方法采用：首先，将CuCl₂水溶液，HAuCl₄水溶液和葡萄糖溶液加入含有HDA和去离子水的玻璃瓶中，然后将玻璃瓶放在磁力搅拌器上，在常温下搅拌过夜，当瓶中的各反应物在水体系中分散均匀后，将其转移至100℃的油浴中反应30min，溶液由黄绿色变为深棕色。

如所述的一种Au-Cu合金纳米晶体的制备方法，可控合成出平均大小在45-200nm的五角星形晶体的方法采用：首先，将CuCl₂水溶液，HAuCl₄水溶液和葡萄糖溶液加入含有HDA和去离子水的玻璃瓶中，然后将玻璃瓶放在磁力搅拌器上，在常温下搅拌过夜，当瓶中的各反应物在水体系中分散均匀后，将其转移至100℃的油浴中，反应3-5分钟后，加入30mg的HDA，接着反应至溶液变为深棕色，停止加热，使用冰水浴冷却至室温，至此，便可控合成出平均大小在45-200nm的五角星形Au-Cu合金纳米晶体。

本发明同时提供由所述的方法制备的五角星形Au-Cu纳米晶体，该纳米晶体为Au-Cu合金，由五个分枝组成，其中每个分枝宽5～40nm，长20～150nm，其每个分枝中央有一条明显的孪晶界，相邻两枝的夹角为70～72°，每个颗粒具有五重对称性，每个分枝表面粗糙，均具有台阶面；通过改变合成过程中加入的HAuCl₄和CuCl₂的量，便可调节纳米合金晶体中Cu元素所占的摩尔比例范围在4.0％～17.5％之间。