[发明专利]聚合物聚丙烯酰胺修饰的金纳米颗粒的制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种聚合物聚丙烯酰胺修饰的金纳米颗粒的制备方法及应用，其主要是用丙烯酰胺分子作为聚合单体，通过可逆加成‑断裂链转移聚合法制备出了链状且含有双硫键的水溶性聚丙烯酰胺，后用聚丙烯酰胺这种保护剂，以及绿色简便的“一步法”合成了具有特殊功能的金纳米颗粒(PAM‑AuNPs)；合成方法简单、条件温和、反应时间短、收率高，而且环境污染小，所制备的聚合物聚丙烯酰胺修饰的金纳米颗粒粒径小，分布均匀，均在10nm左右，而且被修饰的金纳米颗粒的稳定性好，其N原子能够与Mn原子结合，使得金纳米颗粒表面电荷发生改变，从而形成团聚现象，因此能够对二价锰离子有特异性响应和良好的选择性。

技术领域

本发明属于纳米材料的研究技术领域，特别涉及聚合物聚丙烯酰胺修饰的金纳米颗粒的制备方法及其在Mn²⁺检测方面的应用。

背景技术

随着采矿冶炼、能源化工、日化工业等的快速发展，金属离子对水资源的污染日益显著，人类生命健康受到了严重威胁，因此研发高效便捷的金属离子检测方法十分迫切。近年来，纳米材料的发展引起了研究者们的高度重视，其中金纳米粒子由于检测灵敏度高、生物相容性好、尺寸可控、合成简单、可表面改性、毒副作用小等优点受到了特别关注。

目前，常见的金纳米粒子的制备方法有柠檬酸钠氧化还原法、巯基配体法、晶种生长法、光化学合成法、电化学合成法等等，但是上述几种方法均存在一定的技术缺陷，如：柠檬酸钠氧化还原法是将HAuCl₄配制成一定浓度的水溶液，再将其进行加热直至沸腾，用磁力搅拌器不断剧烈搅拌，后迅速加入一定量的柠檬酸钠水溶液，使体系保持沸腾状态，使之充分反应。反应完成后关闭热源，将反应体系继续搅拌使之降温至室温，收集产品。该体系反应处于高温下，其反应速度比较快，因此用柠檬酸钠还原法很难得到所需要的尺寸低于10nm的金纳米粒子。再者，由于柠檬酸钠与金原子之间的作用力不是特别强，所以合成的纳米金物化稳定性不是很好，其分散性较差，也不宜进行长时间保存，这对于实验室工作及产品工业化都非常不利。此外，光化学合成法在整个合成步骤中，当溶液中AgNO₃不存在时，就无法将三价的Au还原成为Au核，此外由于这种光化学合成法是用光照来引发反应的，对光源强度与光照时长的控制有一定的要求，而且纳米金的产量相对较低。巯基配体法在制备过程中需要用到强还原剂硼氢化钠和稳定剂烷基巯醇以及毒性较大的溶剂甲苯，制备危险系数较大，而且所制得的金纳米粒子水溶性较差。

为了使金纳米粒子的应用更为广阔，对金纳米材料的研究更为深入，对金纳米粒子表面进行修饰的研究越来越多。由于巯基和Au之间有特殊键合作用，使得巯基聚合物一直以来都是研究者们最关注且研究最多的纳米金表面修饰剂。在整个的修饰过程中，基于巯基与金原子之间的共价键Au-S，使得所修饰完成后的纳米金具有很稳定的物化特性。但是，在修饰过程中由于容易受外部环境的影响，使修饰的纳米金粒子的性能受到影响，如水溶性、纳米粒子的粒径以及稳定性等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备过程简单、条件温和，反应时间短、收率高且所得金纳米颗粒的光电性能好、粒径小，稳定性好且对Mn²⁺有特异响应的聚合物聚丙烯酰胺修饰的金纳米颗粒的制备方法。

同时本发明还提供了该聚合物聚丙烯酰胺修饰的金纳米颗粒在Mn²⁺检测方面的应用。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种聚合物聚丙烯酰胺修饰的金纳米颗粒的制备方法，其包括以下步骤：

将浓度为5-10.0mmol/L氯金酸溶液放置在恒温磁力搅拌器上剧烈搅拌，将浓度为5-15.0mg/mL的聚丙烯酰胺溶液缓慢加入到氯金酸溶液中，滴加氢氧化钠溶液调节反应体系pH为3.0-8.0，在30～80℃的恒温条件下反应3-5h，使整个反应体系处于剧烈搅拌状态，合成聚合物聚丙烯酰胺修饰的金纳米颗粒。

进一步说明，所述氯金酸溶液与聚丙烯酰胺溶液的体积比为1:1。