金属硒化物包覆贵金属纳米晶的两步法合成方法与流程

本发明涉及一种纳米复合材料，特别涉及一种以贵金属纳米颗粒为核体，通过两步合成金属硒化物包覆贵金属纳米颗粒的方法，属于纳米复合材料技术领域。

背景技术：

纳米材料是21世纪的研究热点。金属纳米材料因其独特的物理化学性质而引起研究者的广泛关注。其中，纳米贵金属粒子因大的比表面积、良好的界面效应及小尺寸效应等独特的性能，在催化，光学，信息存储，表面增强拉曼散射，生物标记，影像和传感等方面具有潜在的应用前景。

过渡金属硒化合物半导体纳米材料是另一类重要的功能材料,由于其特殊的物理、化学性质，在光学，电子学及光电领域都要着重要的应用。目前正为人们所广泛研究的Cu_2-xSe(0≤x≤1)是一种p型半导体,具有良好的光电、电光转化等性质,在太阳能电池、光学过滤器、热电、超导体和催化等方面有潜在的应用价值。

随着纳米科技的发展，单一贵金属纳米颗粒已无法满足纳米材料多功能化的需求，所以贵金属纳米材料与其他纳米材料的复合成为近年来的研究热点。贵金属纳米颗粒与半导体纳米材料的复合结果相比单一的金属纳米颗粒或半导体纳米材料，在光学、电子和催化等方面都有着优

越性，其复合纳米颗粒可以满足多方面功能的要求，因而其制备及应用日益引起广大科学工作者的关注。

目前复合纳米材料的制备方法中存在着制备过程复杂，制备成本过高，不可大量制备等问题。

鉴于此，克服现有技术所存在的缺陷，提供一种简单、经济、可控、可量产化的复合纳米材料制备方法是本领域亟待解决的问题。

技术实现要素：

鉴于现有技术的不足，本发明的主要目的之一在于提供一种金属硒化物包覆贵金属纳米晶。

本发明的主要目的之二在于提供一种两步法合成金属硒化物包覆贵金属纳米晶的方法。

为实现前述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

在一些实施例中提供了一种金属硒化物包覆贵金属纳米晶，其包括：

作为内核的贵金属纳米颗粒，

以及，包覆所述贵金属纳米颗粒的金属硒化物外壳。

其中，所述贵金属至少选自由金、银、铂、钯、锡、钴以及镍组成的组中的任意一种以上。

在一些实施例中提供了一种两步法合成金属硒化物包覆贵金属纳米晶的方法，其包括：向贵金属纳米颗粒的分散体，特别是贵金属纳米颗粒的水分散体中加入硒源和还原剂，充分反应形成含有硒包覆贵金属纳米颗粒中间体的反应体系，之后加入金属源，充分反应后形成所述的金属硒化物包覆贵金属纳米晶。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：提供了一种两步法合成金属硒化物包覆贵金属纳米晶的方法，其条件温和，制备过程简单，简单易操作、条件易控制，且产物形貌可控，可以实现以贵金属纳米颗粒作为内核，不同金属硒化物作为外壳的复合纳米材料的大规模生产。

附图说明

图1是本发明一实施例中提供的一种复合纳米材料的制备工艺流程图；

图2是本发明一实施例提供的一种在聚乙烯吡咯烷酮表面活性剂条件下金纳米颗粒上包覆硒化铜复合纳米材料的透射电镜图；

图3是本发明一实施例提供的一种在聚乙烯吡咯烷酮表面活性剂条件下金纳米颗粒上包覆硒化铜复合纳米材料的X射线衍射分析图；

图4是本发明一实施例提供的一种在聚乙烯吡咯烷酮表面活性剂条件下金纳米颗粒上包覆硒化铜复合纳米材料的紫外-红外(UV-Vis)可见分光光度法测试图；

图5是本发明一实施例提供的一种在十二烷基苯磺酸钠表面活性剂条件下金纳米颗粒上包覆硒化铜复合纳米材料的透射电镜图；

图6是本发明一实施例提供的一种在十六烷基三甲基溴化铵表面活性剂条件下金纳米颗粒上包覆硒化铜复合纳米材料的透射电镜图；

图7是本发明一实施例提供的一种在棒状金纳米颗粒上包覆硒化铜复合纳米材料的透射电镜图；

图8是本发明一实施例提供的一种在三角片状金纳米颗粒上包覆硒化铜复合纳米材料的透射电镜图；

图9是本发明一实施例提供的一种在金纳米颗粒上包覆硒化银复合纳米材料的透射电镜图；

图10是本发明一实施例提供的一种在金纳米颗粒上包覆硒化银复合纳米材料的X射线衍射图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明的一个方面提供了一种金属硒化物包覆贵金属纳米晶(如下简称“复合纳米材料”)。

在一些实施例中，所述复合纳米材料可以包括：作为内核的贵金属纳米颗粒以及包覆所述贵金属纳米颗粒的金属硒化物外壳。

在一些实施例中，所述贵金属纳米颗粒至少可以选自由金、银、铂、钯、锡、钴以及镍组成的组中的至少一种，但不限于此。

在一些实施例中，所述硒化物至少可选自硒化铜、硒化银中的任意一种以上，但不限于此。

在一些实施例中，所述金属硒化物外壳的厚度优选为5～50nm。

在一些实施例中，所述贵金属纳米颗粒的粒径优选为10～100nm。

在一些实施例中，所述贵金属纳米颗粒可以选自零维、一维、二维或三维纳米颗粒，其形貌不限。

例如，在一些实施例中，所述贵金属纳米颗粒可以为金的纳米颗粒，如金的不同维度纳米颗粒为零维球形纳米颗粒、一维棒状纳米颗粒、二维三角片状纳米颗粒。

本发明的复合纳米材料，其内核为具有多功能的贵金属金纳米颗粒。例如，本发明的具有多功能的贵金属纳米颗粒含有金、银、铂、钯、锡、钴以及镍中的至少一种，但不排除其他可用且 具有其他功能的纳米颗粒。包裹内核的硒化物纳米颗粒层，可以是银、锌、铬以及铜的硒化物，其中铜的硒化物，可以为硒化亚铜(Cu₂Se)，也可以为铜的其他硒化物，如Cu_2-xSe；本发明对贵金属纳米颗粒的来源没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的贵金属纳米颗粒即可，如可以采用市售商品，也可以采用本领域技术人员熟知的制备贵金属纳米颗粒的技术方案自行制备。

例如，在一些实施例中，所述贵金属纳米颗粒的制备方法可以包括：将贵金属盐分散于表面活性剂溶液中，并于温度为30～150℃的条件下加入还原剂反应10～20min，获得所述的贵金属纳米颗粒。又例如，其中所述还原剂至少可选自抗坏血酸、柠檬酸钠、硼氢酸钠中的任意一种以上，但不限于此。

本发明的一个方面提供了一种两步法合成金属硒化物包覆贵金属纳米晶的方法。

在一些实施例中，所述两步法合成方法可以包括：向贵金属纳米颗粒的水分散体中加入硒源和还原剂，充分反应形成含有硒包覆贵金属纳米颗粒中间体的反应体系，之后加入金属源，充分反应后形成所述的金属硒化物包覆贵金属纳米晶。

在一些实施例中，所述硒源至少可以选自二氧化硒、硒化钠、亚硒酸中的任意一种以上，但不限于此。

在一些实施例中，所述金属源至少可以选自铜源、银源中的任意一种以上，但不限于此。

在一些实施例中，所述铜源可以包括可溶性铜盐，例如硫酸铜、硝酸铜或氯化铜。

在一些实施例中，所述银源可以包括可溶性银盐，例如硝酸银。

在一些实施例中，所述还原剂至少可以选自抗坏血酸、柠檬酸钠、硼氢酸钠中的任意一种以上，但不限于此。

在一些实施例中，所述金属源中金属元素与所述硒源中硒元素的摩尔比优选为1:1～4:1。

在一些实施例中，所述的两步法合成方法可以包括：向贵金属纳米颗粒的水分散体中加入硒源后，再在25～45℃加入还原剂搅拌反应10～20min，形成含有硒包覆贵金属纳米颗粒中间体的反应体系，之后加入金属源并反应3～10h，获得所述的金属硒化物包覆贵金属纳米晶。

在一些实施例中，所述贵金属纳米颗粒的水分散体中还含有表面活性剂。

在一些实施例中，所述表面活性剂主要包括非离子型表面活性剂(聚乙烯醇、聚乙二醇等)、离子型表面活性剂(阴离子型：十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠等；阳离子型：十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵等)

在一些实施例中，所述复合纳米材料的制备方法可以包括如下步骤：

(1)将贵金属纳米颗粒分散于去离子水中，并向其中加入表面活性剂形成贵金属纳米颗粒分散体；

(2)在前述分散体中加入硒源，加热至一定温度并在搅拌下加入还原剂，反应10～15min，得到含有硒包覆贵金属纳米颗粒中间体的反应体系；

(3)向步骤(2)最终所获反应体系加入铜源，反应3～10h，得到复合纳米材料。

在一些实施例中，所述贵金属纳米颗粒可以按照如下方法制备：将贵金属盐分散于含有表面活性剂溶剂中，于沸腾状态下加入还原剂，反应15～60min，得到贵金属纳米颗粒。

在一些实施例中，不同维度金纳米颗粒可以按照如下方法制备：

(1)零维球形金纳米颗粒制备：第一将去离子水和氯金酸溶液在加热搅拌器上加热至沸腾，然后快速加入柠檬酸钠溶液,继续在沸腾状态下搅拌15min，然后在室温下搅拌冷却，直到溶液冷却至室温，得到球形金纳米颗粒。

(2)一维棒状金纳米颗粒制备：第一制备金种子溶液：在室温下将氯金酸溶液和十六烷基三甲基溴化铵溶液搅拌均匀，快速加入冰浴保存的还原剂硼氢化钠溶液，持续搅拌2min，然后在25～30℃条件下静置30min到1h得到金种子溶液。第二制备金棒生长液：在室温下将十六烷基三甲基溴化铵水溶液、硝酸银溶液和氯金酸溶液搅拌均匀，然后加入还原剂抗坏血酸溶液，持续搅拌直到溶液呈无色。第三将一定量制备好的金种子溶液加入到金棒生长液中，搅拌10秒钟，然后在25～30℃条件下静置8～12h得到棒状金纳米颗粒。

(3)二维三角片状金纳米颗粒制备：第一制备金种子溶液：在室温下将氯金酸、十六烷基三甲基氯化铵和碘化钾混合均匀，加入氢氧化钠调节溶液酸碱值，第二快速加入还原剂抗坏血酸，剧烈搅拌，第三快速加入氢氧化钠，剧烈搅拌2秒，最后室温下静置15min，待反应充分进行，得到三角片状金纳米颗粒。

本发明提供了一种简单易操作、条件易控制、可大规模生产的复合纳米材料制备方法。该复合纳米材料制备方法可以在贵金属纳米颗粒上实现金属硒化物壳层包覆，通过不同实验参数的调控可以实现金属硒化物壳层厚度的调控，而且通过调整不同表面活性剂的使用可以获得不同形貌壳层的金属硒化物。例如，将在近红外区有较强吸收的铜的硒化物纳米颗粒与具有多功能的贵金 属金纳米颗粒形成新的复合纳米材料，并实现在不同维度核体上的复合制备且形貌可控。本发明制备方法还可以推广至其他金属硒化物壳层制备，例如硒化银。

本发明的复合纳米材料的制备方法具有条件温和易控、简单易操作、可推广至其他金属硒化物、可大规模生产的优点。

请参阅图1示出了根据本发明的一实施例制备上述复合纳米材料的工艺流程，其主要包括三个步骤：首先，将贵金属纳米颗粒分散于表面活性剂溶液中，形成贵金属纳米颗粒分散体。之后，在分散体中加入硒源，在25～45℃搅拌下，向分散体中加入还原剂，反应10～20min，得到含有硒包覆贵金属纳米颗粒的反应中间体。最后，向上述步骤所得含有反应中间体的反应体系加入铜源，反应3～10h得到复合纳米材料。

在一些实施例中，于贵金属纳米颗粒分散体的形成步骤中，所采用表面活性剂可以是非离子型表面活性剂，例如，聚乙烯醇、聚乙二醇；也可以是离子型表面活性剂，例如，阴离子型表面活性剂：十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠；阳离子型表面活性剂：十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵。

在一些实施例中，于铜的硒化物外壳形成步骤中，铜源可以是氯化铜、硝酸铜或硫酸铜。硒源可以为二氧化硒，亚硒酸或硒酸钠。反应在氮气或空气氛围下均可进行，反应温度为25～45℃，尤以30℃为佳。另外，制备过程中可以采用常规的混合方法，如搅拌，使反应体系均匀，这些属于本领域普通技术人员可以作出的常规选择。而且，所加入铜源中铜的物质的量与硒源中硒的物质的量之比可以为1：1～4：1。例如，当希望所得铜的硒化物均为硒化亚铜时，可以选择氮气保护条件，铜源中铜的物质的量与硒源中硒的物质的量之比可以为2：1。

在一些实施例中，于所述复合纳米材料的纯化步骤中，使用去离子水进行洗涤，洗涤剂的量可为反应体系体积的1～2倍，洗涤剂与反应体系均匀混合后，离心，收集复合纳米材料。需要说明的是，本发明对所述的离心或洗涤的方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的离心或洗涤的技术方案即可。洗涤次数1～3次或以离心后上层清液澄清程度自定，在本发明中，所述洗涤的次数优选为2～3次。

本发明所制备的复合纳米材料的保存方式没有特殊的限制，可以将其分散在去离子水中，形成分散体，以液态形式保存，也可以以固体形式保存。以液体保存时，去离子水中可以选择加入 参考贵金属纳米颗粒分散体的形成步骤中的表面活性剂，可更长时间分散保存。在此不进行一一赘述。

通过对本发明的复合纳米材料进行透射电镜分析、X射线衍射分析，可以发现，这些复合纳米材料呈不同包覆形貌分布。

通过对本发明的复合结构纳米材料进行紫外-红外可见分光光度法测试，可以发现，这些复合纳米材料在近红外区域吸收光谱宽范围可调。

如下结合若干实施例及附图对本发明的技术方案作更为具体的解释说明。

实施例1本实施例提供了一种复合纳米材料，可按照如下步骤制备：

(1)将0.01215mmol的氯金酸分散于50mL去离子水中，搅拌加热至沸腾，快速加入10mg柠檬酸钠，保持沸腾15～20min，在室温下搅拌冷却至室温得到金纳米颗粒；

(2)将步骤(1)所得全部金纳米颗粒离心后，重新分散到去离子水和聚乙烯吡咯烷酮溶液中，形成贵金属纳米颗粒分散体；

(3)在分散体中加入10mmol二氧化硒，超声分散，搅拌加热至30℃，再向分散体中加入60mmol抗坏血酸，反应10～20min，得到硒包覆金纳米颗粒的中间体；

(4)制备铜源混合液：20mmol五水硫酸铜和80mmol抗坏血酸混合。

(5)向步骤(3)所得含有中间体的溶液中加入(4)制备的混合液，保持30℃加热搅拌10h条件下得到复合纳米材料。

对本实施例所得复合纳米材料进行了透射电镜分析，结果如图2所示，可以发现，该复合纳米材料呈均匀球形分布。对本实施例所得复合纳米材料进行X射线衍射分析，结果如图3所示。

对本实施例所得不同厚度硒化铜壳层的复合纳米材料进行紫外-红外可见分光光度法测试，结果如图4所示，可以看到，这些复合纳米材料在近红外区域宽范围吸收可调。

实施例2本实施例提供了一种复合纳米材料，可按照如下步骤制备：

(1)将0.01215mmol的氯金酸分散于50mL去离子水中，搅拌加热至沸腾，快速加入10mg柠檬酸钠，保持沸腾15min，在室温下搅拌冷却至室温得到金纳米颗粒；

(2)将步骤(1)所得全部金纳米颗粒离心，去除上层清液，重新分散到十二烷基硫酸钠溶液中，形成贵金属纳米颗粒分散体；

(3)在分散体中加入10mmol二氧化硒，超声分散，搅拌加热至30℃，再向分散体中加入60mmol抗坏血酸，反应10～15min，得到硒包覆金纳米颗粒的中间体；

(4)制备混合液：20mmol五水硫酸铜和80mmol抗坏血酸混合。

(5)向步骤(3)所得含有中间体的溶液中加入步骤(4)制备的混合液，保持30℃加热搅拌10h条件下得到复合纳米材料。

对本实施例所得复合纳米材料进行了透射电镜分析，结果如图5所示，可以看到，该复合纳米材料呈非对称球形分布。

实施例3本实施例提供了一种复合纳米材料，可按照如下步骤制备：

(1)将0.01215mmol的氯金酸分散于50mL去离子水中，搅拌加热至沸腾，快速加入10m柠檬酸钠，保持沸腾15～20min，在室温下搅拌冷却至室温得到金纳米颗粒；

(2)将步骤(1)所得全部金纳米颗粒离心，去除上层清液，重新分散十六烷基三甲基溴化铵溶液中，形成贵金属纳米颗粒分散体；

(3)在分散体中加入10mmol二氧化硒，超声分散，搅拌加热至30℃，再向分散体中加入60mmol抗坏血酸，反应10～15min，得到硒包覆金纳米颗粒的中间体；

(4)制备混合液：20mmol五水硫酸铜和80mmol抗坏血酸混合。

(5)向步骤(3)所得含有中间体的溶液中加入步骤(4)制备的混合液，保持30℃加热搅拌10h条件下得到复合纳米材料。

对本实施例所得复合纳米材料进行了透射电镜分析，结果如图6所示，可以看到，该复合纳米材料呈非对称球形分布。

实施例4本实施例提供了一种复合纳米材料，可按照如下步骤制备：

(1)第一制备金种子溶液：在室温下将氯金酸溶液和十六烷基三甲基溴化铵溶液搅拌均匀，快速加入冰浴保存的还原剂硼氢化钠溶液，持续搅拌2min，然后在25～30℃条件下静置30min到1h得到金种子溶液。第二制备金棒生长液：在室温下将十六烷基三甲基溴化铵水溶液、硝酸银溶液和氯金酸溶液搅拌均匀，然后加入还原剂抗坏血酸溶液，持续搅拌直到溶液呈无色。第三将一定量制备好的金种子溶液加入到金棒生长液中，搅拌10秒钟，然后在25～35℃条件下静置8～12h得到棒状金纳米颗粒；

(2)将步骤(1)所得棒状金纳米颗粒离心，去除上层清液，重新分散到十六烷基三甲基溴化铵溶液中，形成贵金属纳米颗粒分散体；

(3)在前述分散体中加入10mmol二氧化硒，超声分散，搅拌加热至30℃，再向分散体中加入60mmol抗坏血酸，反应10～15min，得到硒包覆金纳米颗粒的中间体；

(4)制备混合液：20mmol五水硫酸铜和80mmol抗坏血酸混合。

(5)向步骤(3)所得含有中间体的溶液中加入步骤(4)制备的混合液，保持30℃加热搅拌10h条件下得到复合纳米材料。

对本实施例所得复合纳米材料进行了透射电镜分析，结果如图7所示，可以看到，该复合纳米材料呈非对称球形分布。

实施例5本实施例提供了一种复合纳米材料，可按照如下步骤制备：

(1)第一制备金种子溶液：在室温下将氯金酸、十六烷基三甲基氯化铵和碘化钾混合均匀，加入氢氧化钠调节溶液酸碱值，第二快速加入还原剂抗坏血酸，剧烈搅拌，第三快速加入氢氧化钠，剧烈搅拌2秒，最后室温下静置15min，待反应充分进行，得到三角片状金纳米颗粒；

(2)将步骤(1)所得全部金纳米颗粒离心，去除上层清液，重新分散到十六烷基三甲基溴化铵溶液中，形成贵金属纳米颗粒分散体；

(3)在前述分散体中加入10mmol二氧化硒，超声分散，搅拌加热至30℃，再向分散体中加入60mmol抗坏血酸，反应10～15min，得到硒包覆金纳米颗粒的中间体；

(4)制备混合液：20mmol五水硫酸铜和80mmol抗坏血酸混合。

(5)向步骤(3)所得含有中间体的溶液中加入步骤(4)制备的混合液，保持30℃加热搅拌10h条件下得到复合纳米材料。

对本实施例所得复合纳米材料进行了透射电镜分析，结果如图8所示，可以看到，该复合纳米材料呈非对称球形分布

实施例6本实施例提供了一种复合纳米材料，可按照如下步骤制备：

(1)将0.01215mmol的氯金酸分散于50mL去离子水中，搅拌加热至沸腾，快速加入10mg柠檬酸钠，保持沸腾15～20min，在室温下搅拌冷却至室温得到金纳米颗粒；

(2)将步骤(1)所得全部金纳米颗粒离心，去除上层清液，重新分散到去离子水和聚乙烯吡咯烷酮溶液中，形成贵金属纳米颗粒分散体；

(3)在前述分散体中加入10mmol二氧化硒，超声分散，搅拌加热至30℃，再向分散体中加入60mmol抗坏血酸，反应10～15min，得到硒包覆金纳米颗粒的中间体；

(4)向步骤(3)所得含有中间体的溶液中加入20mmol硝酸银溶液，保持30℃加热搅拌10h条件下得到复合纳米材料。

对本实施例所得复合纳米材料进行了透射电镜分析，结果如图9所示，可以看到，该复合纳米材料呈均匀球形分布。对本实施例所得复合纳米材料进行了X射线衍射分析，结果如图10所示。

实施例7本实施例提供了一种复合纳米材料，可按照如下步骤制备：

(1)将0.01215mmol的硝酸银分散于50mL去离子水中，搅拌加热至沸腾，快速加入10mg柠檬酸钠，保持沸腾15～20min，在室温下搅拌冷却至室温得到银纳米颗粒；

(2)将步骤(1)所得全部银纳米颗粒离心，去除上层清液，重新分散到去离子水和十六烷基三甲基溴化铵溶液中，形成贵金属纳米颗粒分散体；

(3)在前述分散体中加入10mmol二氧化硒，超声分散，搅拌加热至30℃，再向分散体中加入60mmol抗坏血酸，反应10～15min，得到硒包覆金纳米颗粒的中间体；

(4)制备混合液：20mmol五水硫酸铜和80mmol抗坏血酸混合。

(5)向步骤(3)所得含有中间体的溶液中加入步骤(4)制备的混合液，保持30℃加热搅拌10h条件下得到复合纳米材料。

应当理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。