[发明专利]聚乙烯亚胺介导的种子生长法制备硅核银壳纳米颗粒

说明书

本发明公开了一种聚乙烯亚胺介导的种子生长法制备硅核银壳纳米颗粒。该方法制备硅核银壳纳米颗粒是以二氧化硅颗粒为核，在超声或搅拌条件下通过阳离子多聚物聚乙烯亚胺（PEI）自组装形成纳米级的壳层，通过PEI层的强正电性吸附小尺寸的金属纳米粒子作为银壳还原的种子，并采用种子生长法合成出完整、连续的银壳。制备方法如下：将二氧化硅颗粒用PEI修饰后吸附小粒径的金属纳米颗粒作为种子，通过种子生长法还原出完整、连续的银壳。

技术领域

本发明涉及纳米材料合成领域，具体涉及一种聚乙烯亚胺介导的种子生长法制备硅核银壳纳米颗粒。

背景技术

银纳米材料具有优越的化学及光学特性，被广泛用于催化、灭菌、生物传感以及表面增强拉曼散射等领域。二氧化硅颗粒尺寸均一、分散性好、制备简单、成本低，因此使用二氧化硅作为核心来制备硅核银壳纳米颗粒结合了纳米银和硅球的优点，具有广泛的应用价值。

目前常用的制备硅核银壳纳米颗粒的方法主要有电镀法、层层自组装法、种子生长法、原位还原法等。电镀法、层层自组装法和原位还原法很难获得连续的银壳。种子生长法通过先在硅球表面形成一层金属种子，再通过种子生长来获得完整连续的银壳。但传统的种子生长法很难均一、密集的在硅球表面形成种子层，因此极大的制约了高质量硅核银壳纳米颗粒的获得及应用。现有方法不能满足制备银壳完整、结构均一、单分散性的高性能硅核银壳纳米颗粒。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通用的聚乙烯亚胺介导的种子生长法来制备高性能硅核银壳颗粒。利用聚乙烯亚胺在二氧化硅球表面自组装形成一层均一、氨基化的PEI层，均匀密集的吸附小粒径的金属纳米粒子使其布满二氧化硅球表面，然后通过种子生长法制备出完整连续的银壳。解决了传统种子生长法种子生产或者吸附不均的问题，实现了高效、稳定、大批量的生产高性能的硅核银壳纳米颗粒。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：以二氧化硅颗粒为核心，在超声或搅拌条件下通过阳离子多聚物聚乙烯亚胺（PEI）自组装形成纳米级的壳层，通过PEI层的强正电性均匀、密集的吸附小尺寸的金属纳米粒子作为银壳还原的种子，并采用种子生长法合成出完整、连续的银壳。

聚乙烯亚胺介导的种子生长法制备硅核银壳纳米颗粒，其特征在于，包括以下步骤：

1）通过改进的Stober法合成不同粒径的二氧化硅颗粒作为硅核银壳纳米颗粒的核心，二氧化硅颗粒的粒径范围为50纳米-10微米；

2）在步骤1）合成的二氧化硅颗粒微球表面通过PEI溶液的自组装作用修饰上一层阳离子多聚物PEI，制备出PEI修饰的二氧化硅颗粒（SiO₂@PEI）；

3）在步骤2）合成的PEI修饰的二氧化硅颗粒（SiO₂@PEI）表面吸附小粒径的金属纳米颗粒（Au、Ag、Au@Ag NPs）作为种子，制备出种子化的二氧化硅(SiO₂@PEI-seed)复合颗粒；

4）将步骤3）合成的种子化的二氧化硅复合颗粒(SiO₂@PEI-seed)通过种子生长法合成出单分散的、银壳完整、连续的硅核银壳纳米颗粒（SiO₂@Ag）。

其中，步骤（2）所述二氧化硅颗粒粒径范围从50纳米到10微米，聚乙烯亚胺自主装修饰的条件为超声或搅拌。

其中，步骤（3）所述吸附的金属纳米粒子尺寸从1纳米到80纳米，种类可以为纳米金、纳米银或金核银壳纳米颗粒，吸附的条件为超声或者搅拌。

其中，步骤(4）所述的银壳还原的方法为种子生长法，反应过程中，SiO₂@PEI-seed浓度范围0.005-10毫克/毫升，还原剂为甲醛，催化剂为浓氨水，保护剂为聚乙烯吡咯烷酮，通过超声或搅拌快速还原出完整、连续的银壳。