专利名称：一种金纳米粒子水溶胶的化学制备方法
技术领域：
本发明属于溶液化学方法合成技术，特别是涉及一种采用化学方法制备金纳米粒 子水溶胶技术。
背景技术：
在过去二十几年的时间内，有关纳米金属的研究在世界范围内引起了广泛的重 视。这是由于当粒子尺寸减小到一定数值时，金属纳米材料可以产生诸如量子尺寸效应、表 面效应和小尺寸效应等许多新的物理现象。在金属纳米材料这一研究领域中，有关金纳米 材料的研究倍受人们重视，其原因在于金纳米粒子可以在可见(或近红外)区域内产生较强 的表面等离子态吸收现象。不同反应条件下所得到的不同形貌及尺寸的金纳米粒子，可以 在可见或近红外波段产生纳米金所具有的特征吸收峰。这一点对于金纳米粒子的进一步应 用具有重要意义。由于上述特征，目前金纳米粒子已经在制备有机/无机纳米杂化发光器 件中展示了很好的应用前景，通过金纳米粒子同其它的有机或高分子半导体发光材料进行 杂化，可以提高发光器件的载流子传输速度和稳定性。金纳米粒子的另一个重要应用领域 是通过对其表面进行一定的化学修饰，然后再与DNA等生物大分子进行杂化，制备生物大 分子/纳米金杂化材料，从而在纳米生物传感器等领域中得到应用。利用金纳米粒子表面 的特征等离子吸收，通过同生物分子产生相互作用，有望在未来的疾病早期诊断中得到应 用。目前有关制备金纳米粒子的方法，根据其所处的不同化学环境，可以分为有机相、 水相和两相反应三大类。其中水相方法合成制备金纳米粒子过程中主要采用硼氢化钠或 柠檬酸等作为还原剂，在特定表面活性剂分子的作用下，于室温(或低温)条件下，进行化 学反应得到金纳米粒子。有机相反应是采用特殊的反应前驱体，在氧化三辛基膦等表面活 性剂存在下，采用脂肪族长链有机胺作为还原剂，在高温条件下，合成制备金纳米微粒。两 相反应制备金纳米粒子的方法是由Brust等人于1994年报道的(J. Chem. Soc. Chem. Commun. , 1994，801)，该方法首先使用相转移催化剂，使金属离子由水相转移至有机相， 然后再加入硼氢化钠还原剂，在有机相中制备金纳米粒子。目前这一方法在制备金属纳米 微粒的过程中仍被大量采用。制备金纳米微粒的氧化-还原反应过程中，目前采用的还原剂种类主要有硼氢 化钠、有机胺及有机酸。采用硼氢化钠为还原剂，虽然反应可以在常温下顺利完成，但由于 硼氢化钠对氯金酸离子具有较强的还原作用，使得该反应的速度很快，导致此类反应难于 进行控制。而这一问题对于制备不同形貌和尺寸的金纳米粒子是一个不利因素。因为纳米 粒子的比表面积很大，反应速度太快而容易造成反应前期的成核速度和随后的晶粒长大过 程都不易控制。围绕这一问题，近年来，很多人进行了大量的探索和研究工作，例如选用特 殊结构的树枝状大分子或其它结构的水溶性高分子(如聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸钠等) 在高温反应条件下，制备得到了金纳米粒子，并且可以实现对金纳米微粒形状和尺寸的控 制。发 明内容发明目的本发明提供一种金纳米粒子水溶胶的化学制备方法，其目的是解决现 有的制备方法在反应难于控制、高制备成本等方面存在的问题。技术方案
一种金纳米粒子水溶胶的化学制备方法，其特征在于以氯金酸、氯金酸钠或氯金酸钾 中的一种作为起始反应物，油酸钠、硬脂酸钠或亚油酸钠中的一种作为表面活性剂，水为反 应介质，化二甲基甲酰胺为还原剂，按照以下步骤，得到金纳米粒子水溶胶
将起始反应物、表面活性剂、反应介质混合，控制反应温度在60-100°C范围内，在电磁 搅拌条件下，恒定温度反应时间为20-120分钟，即可得到金纳米粒子的水溶胶；
其中起始反应物与表面活性剂的摩尔比为4:1-1:8，还原剂％ 二甲基甲酰胺的浓 度为0. 1-1. Omol/L，反应介质溶液的浓度范围为0. l-5mmol/L。所述起始反应物优选氯金酸。所述表面活性剂优选油酸钠。优点及效果本发明采用氯金酸为起始反应物，油酸钠为表面活性剂，通过控制反 应温度和反应时间，制备得到了金纳米粒子水溶胶。近些年的研究表明油酸分子(或油酸 根离子)对半导体及金属纳米粒子的表面具有较好的修饰作用。油酸钠是一种常见的工业 表面活性剂，价廉易得，来源丰富。因此在本发明中，我们选用油酸钠作为反应过程的表面 活性剂。本发明寻找到了一种金纳米粒子水溶胶的化学制备方法。通过选用氯金酸、油酸 钠等基本化工原料作为反应物，在不同的反应温度、反应时间和反应物浓度条件下，制备得 到了金纳米粒子。本发明提供了一种制备金纳米粒子的简易方法，这对于金纳米粒子的进 一步应用具有重要意义。
图1为本发明金纳米粒子在水中的紫外-可见吸收光谱图； 图2为本发明金纳米粒子的透射电子显微镜照片。
具体实施例方式
本发明提供一种金纳米粒子水溶胶的化学制备方法，以氯金酸、氯金酸钠、氯金酸钾作 为起始反应物，优选氯金酸；以油酸钠、硬脂酸钠或亚油酸钠作为表面活性剂，优选油酸钠； 水为反应介质；按照以下步骤，得到金纳米粒子水溶胶
将起始反应物、表面活性剂、反应介质混合，控制反应温度在60-100°C范围内，在电磁 搅拌条件下，恒定温度反应时间为20-120分钟，即可得到金纳米粒子水溶胶。其中起始反应物与表面活性剂的摩尔比为4:1-1:8，还原剂A 二甲基甲酰胺 的浓度为0. 1-1. Omol/L,反应介质溶液的浓度范围在0. 1 5mmol/L之间。附图1为本发明金纳米粒子在水中的紫外-可见吸收光谱图，图中曲线给出了油 酸钠与氯金酸物质量比为2:1 ；反应温度60°C，反应时间30分钟时金纳米粒子的紫外-可 见吸收光谱；图2为本发明金纳米粒子的透射电子显微镜照片。下面通过具体的实施例来加以说明，但不因具体的实施例限制本发明。实施例1 将72mg油酸钠，0. 2ml N，二甲基甲酰胺，50ml水加入到250ml的三口反应瓶内， 待温度缓慢升高到60°C并恒定5分钟后，缓慢滴加预先配制好的2. 4X10-3mol/L的氯金酸 水溶液10mL，待氯金酸水溶液被全部滴加完毕后，在恒温60°C的条件下反应20分钟，即可 得到红色的含有金纳米粒子的水溶胶。紫外-可见光谱测定的结果表明，制备得到的金纳 米粒子的水溶胶在530nm左右产生明显的纳米金所具有的特征吸收峰。实施例2:
将72mg油酸钠，0. 2ml N，二甲基甲酰胺，50ml水加入到250ml的三口反应瓶内， 待温度缓慢升高到100°C并恒定5分钟后，缓慢滴加预先配制好的2. 4X10-3mol/L的氯金 酸水溶液5mL，待氯金酸水溶液被全部滴加完毕后，在恒温100°C的条件下反应30分钟，即 可得到红色的含有金纳米粒子的水溶胶。紫外-可见光谱测定的结果表明，制备得到的金 纳米粒子的水溶胶在530nm左右产生明显的纳米金所具有的特征吸收峰。实施例3:
将72mg油酸钠，0.6ml %务二甲基甲酰胺，50ml水加入到250ml的三口反应瓶内， 待温度缓慢升高到70°C并恒定5分钟后，缓慢滴加预先配制好的1. 2X 10_3mol/L的氯金酸 钠水溶液10mL，待氯金酸水溶液被全部滴加完毕后，在恒温70°C的条件下反应60分钟，即 可得到红色的含有金纳米粒子的水溶胶。紫外-可见光谱测定的结果表明，制备得到的金 纳米粒子的水溶胶在530nm左右产生明显的纳米金所具有的特征吸收峰。实施例4:
将36mg油酸钠，0. 6ml N，二甲基甲酰胺，50ml水加入到250ml的三口反应瓶内， 待温度缓慢升高到80°C并恒定5分钟后，缓慢滴加预先配制好的2. 4X 10_3mol/L的氯金酸 钾水溶液5mL，待氯金酸水溶液被全部滴加完毕后，在恒温80°C的条件下反应40分钟，即可 得到红色的含有金纳米粒子的水溶胶。紫外-可见光谱测定的结果表明，制备得到的金纳 米粒子的水溶胶在530nm左右产生明显的纳米金所具有的特征吸收峰。实施例5:
将144mg油酸钠，0. 2ml % 二甲基甲酰胺，50ml水加入到250ml的三口反应瓶内， 待温度缓慢升高到80°C并恒定5分钟后，缓慢滴加预先配制好的2. 4X 10_3mol/L的氯金酸 水溶液5mL，待氯金酸水溶液被全部滴加完毕后，在恒温80°C的条件下反应120分钟，即可 得到红色的含有金纳米粒子的水溶胶。紫外-可见光谱测定的结果表明，制备得到的金纳 米粒子的水溶胶在530nm左右产生明显的纳米金所具有的特征吸收峰。
权利要求
1.一种金纳米粒子水溶胶的化学制备方法，其特征在于以氯金酸、氯金酸钠或氯金 酸钾中的一种作为起始反应物，油酸钠、硬脂酸钠或亚油酸钠中的一种作为表面活性剂，水 为反应介质，A 二甲基甲酰胺为还原剂，按照以下步骤，得到金纳米粒子水溶胶将起始反应物、表面活性剂、反应介质混合，控制反应温度在60-100°C范围内，在电磁 搅拌条件下，恒定温度反应时间为20-120分钟，即可得到金纳米粒子的水溶胶；其中起始反应物与表面活性剂的摩尔比为4:1-1:8，还原剂％ 二甲基甲酰胺的浓 度为0. 1-1. Omol/L，反应介质溶液的浓度范围为0. l-5mmol/L。
2.根据权利要求1所述一种金纳米粒子水溶胶的化学制备方法，其特征在于所述起 始反应物优选氯金酸。
3.根据权利要求1所述一种金纳米粒子水溶胶的化学制备方法，其特征在于所述表 面活性剂优选油酸钠。
全文摘要
一种金纳米粒子水溶胶的化学制备方法，以氯金酸、氯金酸钠、氯金酸钾作为起始反应物，油酸钠、硬脂酸钠或亚油酸钠作为表面活性剂，水和乙醇为反应介质，N,N-二甲基甲酰胺为还原剂，按照以下步骤将起始反应物、表面活性剂、反应介质混合，控制反应温度在60-100℃范围内，在电磁搅拌条件下，恒定温度反应时间为20-120分钟，即可得到金纳米粒子的水溶胶；起始反应物与表面活性剂的摩尔比为4:1-1:8，还原剂N,N-二甲基甲酰胺的浓度为0.1-1.0mol/L，反应介质溶液的浓度范围在0.1～5mmol/L之间。本发明能够解决现有的制备方法在反应难于控制、高制备成本等方面存在的问题。
文档编号B22F9/24GK102107283SQ201010556719
公开日2011年6月29日 申请日期2010年11月24日 优先权日2010年11月24日
发明者李凤红, 李继新, 王立岩, 陈延明, 马少君 申请人:沈阳工业大学