[发明专利]基于飞秒激光的高催化活性金纳米棒制备方法及其系统

说明书

本发明涉及一种基于飞秒激光的高催化活性金纳米棒的制备方法及其系统，属于飞秒激光应用技术领域。本方法首先通过种子液生长法合成金纳米棒溶液；然后将金纳米棒溶液离心，滴在硅基底上；然后将飞秒激光引入到硅基底，通过控制入射到硅基底的脉冲波长和辐照时间，从而实现金纳米棒的选择性烧蚀，制备出具有高指数晶面的金纳米棒，从而提高金纳米棒的催化活性。本发明方法，相比于已有的化学法等，利用飞秒激光脉冲辐照金纳米棒，合理设计激光偏振和波长，即可制备出高催化活性金纳米棒，制备过程相对简单。本发明的基于飞秒激光的高催化活性金纳米棒制备系统，可以任意调整飞秒激光偏振方向和波长，而且操作方便。

技术领域

本发明涉及一种基于飞秒激光的高催化活性金纳米棒制备方法及其系统，属于飞秒激光应用技术领域。

背景技术

相比于球形金纳米粒子，金纳米棒具有可调的等离激元特性，在众多的各向异性金纳米颗粒中赢得了广泛的关注。目前，金纳米棒在纳米电子学、光学、生物医药、催化等研究领域均具有良好的应用前景。在催化应用中，金纳米棒的晶面结构直接决定了其催化性能的高低，如何高效的调控金纳米棒的晶面结构是一项亟需解决的难题。目前主要通过化学刻蚀的方法修饰金纳米棒的表面，从而得到一些高指数晶面，但是，金纳米棒的形貌受到各种物理、化学因素的影响，制备条件复杂，刻蚀过程可控性差。

激光可以有效地用于金纳米粒子的整形，由于飞秒激光具有极短脉宽、极高强度的特点，近年来受到越来越多的关注。飞秒激光整形金纳米粒子，往往是在溶液体系里面进行，然而，由于水分子布朗运动的影响，纳米粒子相对于光场的位置不确定，从而无法实现选择性烧蚀，更多的是整体粒子的形变，无法得到高指数晶面。因此，目前亟需一种可以高效地、简单地制备高催化活性金纳米棒的方法。

发明内容

本发明的目的是基于飞秒激光的高催化活性金纳米棒制备方法及其系统，通过种子液生长法合成金纳米棒溶液，然后离心滴在硅基底上，通过改变激光脉冲的参数，调控金纳米棒表面的电场分布，从而实现高催化活性金纳米棒的制备。

本发明提出的基于飞秒激光的高催化活性金纳米棒的制备方法，包括以下步骤：

(1)合成金种子溶液：

将摩尔浓度为0.01mol/L的四氯金酸溶液注入到摩尔浓度为0.1mol/L的十六烷基三甲基溴化铵溶液中，再将摩尔浓度为0.01mol/L的冰硼氢化钠溶液一次性加入，快速搅拌2～4分钟，得到金种子液，金种子液中四氯金酸、十六烷基三甲基溴化铵和硼氢化钠的摩尔浓度分别为(0.3～0.5)mmol/L、(0.07～0.09)mol/L和(0.7～0.9)mmol/L；

(2)通过种子液生长法合成金纳米棒溶液：

将摩尔浓度为0.1mol/L的十六烷基三甲基溴化铵溶液、摩尔浓度为0.01mol/L的四氯金酸(HAucl₄)溶液和摩尔浓度为0.01mol/L的硝酸银(AgNO₃)溶液混合并搅拌，再加入摩尔浓度为0.1mol/L的抗坏血酸(C₆H₈O₆)溶液，得到混合液，混合液中十六烷基三甲基溴化铵、四氯金酸、硝酸银和抗坏血酸的摩尔浓度各为0.07～0.09mol/L、0.4～0.6mmol/L、0.06～0.07mmol/L和0.6～0.9mmol/L，在混合液中加入步骤(1)的金种子液，静置3小时，得到金纳米棒溶液，金纳米棒溶液中金种子液和混合液的体积比为1:(143～250)；

(3)对步骤(2)的金纳米棒溶液进行离心分离，离心分离转速为5000～8000rpm/min，离心分离时间为10～15min，将离心分离得到的金纳米棒滴在硅基底上；