[发明专利]一种Au纳米颗粒/氧化石墨烯复合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料领域，涉及一种Au纳米颗粒/氧化石墨烯复合材料及其制备方法和应用

背景技术

金纳米颗粒因具有独特的光学性质、表面等离子体吸收和共振效应、良好的稳定性和生物相容性，广泛应用于生物医学、表面增强拉曼散射、催化、重金属离子检测等领域。但是，由于纳米颗粒具有极高的比表面积和表面活性，单独使用时极易产生团聚，从而影响其使用性能和稳定性。因此，将金纳米颗粒负载到一定的载体上，制备成复合材料成为近年来的研究热点。

石墨烯是一种由sp²杂化碳原子通过共价键连接形成的平面六方晶格材料，具有独特的结构和优异的物理、化学性能，被认为是一种理想的纳米材料的载体支撑材料。金属纳米粒子/石墨烯复合材料不仅表现出金属纳米粒子和石墨烯各自的优异性能，而且还具有两种材料的协同效应，表现出独特的电学、化学和电化学性质。但由于石墨烯不溶于水，制备难度大，使其应用受到限制。氧化石墨烯为单层的氧化石墨，是石墨烯重要的派生物，它的结构与石墨烯大体相同，只是在碳原子基面和片层边缘含有丰富的含氧基团，因此具有良好的亲水性和表面活性，能够在水中分散而形成稳定的胶状悬浮液。同时，这些丰富的含氧基团提供了大量的锚固位点，有助于金属纳米粒子在其表面的均匀负载。近年来，金纳米颗粒/氧化石墨烯复合材料的研究和应用获得了广泛关注，如公开号为CN103754863A的中国专利和公开号为CN101973518A的中国专利，分别公开了两种金/氧化石墨烯纳米复合材料的制备方法，并指出该材料在双光子荧光、表面增强拉曼散射等领域具有广阔应用前景。

大量研究表明，Au纳米颗粒/氧化石墨烯纳复合材料作为表面增强拉曼散射的活性基底，可显著增强待测荧光染料的拉曼信号，在痕量物质的分析和检测方面具有明显优势。然而，实际样品的成分通常较为复杂，待测分子浓度低，需要对其进行选择富集后，才能获得清晰的光谱图，而现有的材料对检测分子不具有选择性，因此在检测实际样品时受到限制。

发明内容

为克服上述问题，本发明的目的是提供一种Au纳米颗粒/氧化石墨烯复合材料。

本发明的另一个目的是提供一种上述Au纳米颗粒/氧化石墨烯复合材料的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种Au纳米颗粒/氧化石墨烯复合材料，该复合材料由氧化石墨烯和均匀负载在其片层表面的Au纳米颗粒组成，所述Au纳米颗粒通过聚4-乙烯基吡啶连接在氧化石墨烯的片层上。

所述聚4-乙烯基吡啶通过氢键和π-π键作用连接在氧化石墨烯片层上；

所述聚4-乙烯基吡啶通过吡啶基上的N原子与Au纳米颗粒通过σ键连接。

所述Au纳米颗粒的粒径为10～50nm；

进一步，Au纳米颗粒的粒径为10～30nm；

所述氧化石墨烯为单层氧化石墨烯薄片或多层氧化石墨烯薄片；

所述聚4‐乙烯基吡啶的重均分子量为10000-100000。

将上述该复合材料分散于的水性溶液中，当该溶液的pH<4.5时，聚4-乙烯基吡啶分子中的吡啶基发生质子化，使得该复合材料表面带有正电荷，可稳定分散在溶液中并吸附带负电的分子；当该溶液的pH>4.5时，吡啶基脱质子化，该复合材料不带电，在溶液中发生沉降。

一种Au纳米颗粒/氧化石墨烯复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

将经聚4-乙烯基吡啶修饰的氧化石墨烯的溶液滴加入Au纳米溶胶中进行超声，反应后经离心、洗涤和干燥步骤，得到Au纳米颗粒/氧化石墨烯复合材料。

所述经聚4-乙烯基吡啶修饰的氧化石墨烯的制备方法为将氧化石墨烯和聚4-乙烯基吡啶加入有机溶剂中，超声反应制得经聚4-乙烯基吡啶修饰的氧化石墨烯的溶液；

所述Au纳米溶胶的制备方法为以HAuCl₄为前驱体，采用柠檬酸盐还原法制备Au纳米溶胶；该方法具体可为将HAuCl₄水溶液加热沸腾后，向该溶液中加入柠檬酸钠溶液反应至HAuCl₄水溶液中的Au离子还原为Au原子，所得即为Au纳米溶胶，所述HAuCl₄水溶液的浓度可为1.4mmol/L。

所述氧化石墨烯和聚4-乙烯基吡啶的质量比为1:2～5；

所述经聚4-乙烯基吡啶修饰的氧化石墨烯的溶液中氧化石墨烯的浓度为0.2～1.0mg/ml；

进一步，所述经聚4-乙烯基吡啶修饰的氧化石墨烯的溶液中氧化石墨烯的浓度为0.4mg/ml；