[发明专利]管状结构的金纳米材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料制备技术领域，具体涉及一种管状结构的金纳米材料及其制备方法。

背景技术

贵金属纳米材料因其特殊的物理化学性质使其在电学、光学、磁学、催化等领域都具有广泛的应用前景。在基础研究和技术应用的推动下，贵金属纳米材料的制备方法取得了巨大的进展。由于结构决定性质，性质反应结构，使得控制纳米材料结构的形貌是调控贵金属纳米结构性质的有效方法之一。贵金属纳米材料由于光子激发使金属中传导电子发生共振SPR产生表面等离子共振效应，使得纳米材料表现出各种各样的颜色。表面等离子共振峰强烈的依赖于材料的结构以及粒子周围环境，这一特性可利用于新型光学传感中。

随着贵金属纳米材料应用研究的深入，对材料的形貌要求日趋丰富。多孔空心纳米结构由于具有较大的比表面积、低热膨胀系数和折射率等特性，使其在众多领域，如离子交换，催化，微电子和能量存储等，存在更加广泛的应用。近年来，可控合成空心介孔纳米材料的方法迅速发展，主要包括软/硬模板法，柯肯达尔效应Kirkendall effect，奥斯特瓦尔德熟化效应Ostwald ripening effect，置换反应和选择性刻蚀等。在这些方法中，硬模板法是一直接、有效且较为常用的方法，它通过使用预先准备的模板精确地控制空心结构的形成，再将模板移除。多孔氧化铝作为硬模板被广泛应用于贵金属纳米材料合成中。以金纳米管的合成为例，通过改变氧化铝模板的内径可控制形成的金纳米管的内径，氢氧化钠作为刻蚀剂可控制金纳米管的管壁厚度。但是，硬模版法制备纳米材料存在一些明显的不足，如制备周期长，步骤多，模板种类有限，且最为重要的是在移除模板过程中，形成的纳米结构易破坏。

柯肯达尔效应和奥斯瓦尔德熟化效应是空心结构生长的两种重要的机理，前者的空心结构生长前后为异相，后者为相同物相的溶解-再结晶过程。选择性刻蚀通常与模板法结合制备空心纳米结构。利用置换反应，尤其是两种金属间的置换，制备空心纳米材料成为近年来纳米领域的热点。由于反应的两种金属氧化还原势存在差异，在一定条件下，反应能快速进行。通常使用一些较为便宜的单金属或合金纳米材料作为反应前躯体制备较为昂贵的空心纳米结构，生成的空心纳米结构的尺寸、形貌与所使用的前躯体的形貌息息相关。

目前缺乏一种管壁厚度均匀可控的管状结构的金纳米材料及其制备方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供了一种管壁厚度均匀可控的管状结构的金纳米材料及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明通过如下技术方案实现：本发明的一种管状结构的金纳米材料，其特征在于：所述管状结构的金纳米材料的内径为60-100nm,管壁厚度为10-30nm,长度为10-1000μm。

本发明的制备所述的管状结构的金纳米材料的方法,包括如下步骤：

(1)银纳米线的制备：制备直径为60-100nm、长度为10-1000μm的银纳米线；

(2)将0.005-0.03g的聚乙烯吡咯烷酮PVP加入5ml去离子水中，配成质量百分比浓度为50-85.7％的聚乙烯吡咯烷酮溶液，然后置于烧瓶中，在油浴中加热并进行磁力搅拌均匀至温度稳定；

(3)制备金纳米管；1ml银纳米线胶体是将制备的银纳米线稀释20倍后得到的；然后向步骤(2)所得的溶液中同时滴加银纳米线胶体以及氯金酸溶液，进行置换反应，反应时间为5-10min，关闭恒温加热磁力搅拌器，使其自然冷却至室温；所述氯金酸的浓度为0.5mmol/l，氯金酸的体积为0.6-1.5ml，银纳米线胶体的浓度在0.004-0.006mol/l，体积为1ml；

(4)在室温下，进行离心分离制得管状结构的金纳米材料，离心转速为6000-9000r/min，离心时间为10-20min。

进一步地，在步骤(2)中，油浴的温度稳定至50-90℃。

进一步地，在步骤(3)中，所述磁力搅拌器为集热式恒温磁力搅拌器。

更进一步地，在步骤(1)中,加入0.1mM硝酸银溶液6mL、0.15mM聚乙烯吡咯烷酮PVP溶液6ml、3mM氯化钠溶液2ml到10mM乙二醇溶液中；反应体系置入容量为60ml的高压釜内，加热搅拌至140℃，保持10h后，冷却至室温即可制得银纳米线。

进一步地，在步骤(1)中,改变聚乙烯吡咯烷酮PVP溶液的聚合度，聚合度为K17、K30、K60或K90，一次即可制得内径为60-100nm范围的银纳米线。