一种在材料表面制备高密度单分散金属纳米颗粒的方法与流程

本发明涉及一种在材料表面制备高密度单分散金属纳米颗粒的方法，属于材料化学领域。

背景技术：

正是因为功能材料的不断发展，满足了生物、化学、物理、医学等各个领域的发展要求。其中金属纳米颗粒因其独特的物理化学性质被广泛应用于各个研究与应用领域。例如，金属纳米颗粒具有独特的等离激元效应，可被应用于纳米光学研究；金属纳米颗粒具备小尺寸效应，反应活性高，被广泛用于生物化学中的催化反应；金属纳米颗粒具有光热效应，可被用于肿瘤治疗；金属纳米颗粒当富集到一定程度之后可以导电，不少研究已将其用于电子传感中。然而，制备金属纳米颗粒的传统方法，无论是物理气相沉积还是化学液相还原，都具备维持金属纳米颗粒小尺寸难，金属纳米颗粒与基底粘附性差，无法在时间上、空间上可控制备金属纳米颗粒的局限。

光化学反应主要指由光激发的化学反应。光化学反应具有很高的反应效率，可在数秒至数分钟内完成反应。此外，光是一种极佳的能量来源，可使吸能反应在常温、常压以及温和的溶剂中发生，这是其他手段所不能实现的。并且，光具有极为出色的时空可控性。通过控制光照的辐照区域以及辐照强度，可以精确地实现反应的定点发生以及程度控制。由于光对于透明介质具有良好的穿透性，因此，相比其它的控制手段，光控具有非接触性的特点。正是因为光化学反应的以上优点，基于光化学反应的材料制备和改性已逐渐发展成为一个具有广阔前景的学科。

针对现有技术在表面制备金属纳米颗粒的不足，结合光化学独特的优势，本发明提供一种在任意材料表面制备高密度单分散金属纳米颗粒的方法。该方法可以快速地、时空可控地在任意表面制备高密度单分散金属纳米颗粒，所制备的金属纳米颗粒与基底粘附性良好，单分散性佳。并且，金属纳米颗粒在相当高密度的时候，仍能非常稳定地保持其小尺寸。

技术实现要素：

技术问题：本发明的目的是提供一种在材料表面制备高密度单分散金属纳米颗粒的方法，该方法可以快速地、时空可控地实现任意表面金属化，所获得的金属化表面含有高密度的、单分散性良好的金属纳米颗粒，并且金属纳米颗粒与基底粘附性良好，且能很稳定地维持其小尺寸，可被广泛应用于纳米光学、生物化学催化、医学诊断与治疗等领域，极具科研与应用价值。

技术方案：本发明提供了一种在材料表面制备高密度单分散金属纳米颗粒的方法，该方法包括以下步骤：

1)在材料表面上制备聚多巴胺涂层：将材料浸泡到盐酸多巴胺溶液中，静置或者搅拌一段时间后取出，将材料清洗并干燥，得到具有聚多巴胺涂层的基底；

2)制备高密度单分散金属纳米颗粒：将具有聚多巴胺涂层的基底浸泡于金属盐溶液中，光照一定时间后从金属盐溶液中取出，将基底清洗并干燥后，在材料表面得到高密度单分散金属纳米颗粒。

其中：

所述的材料为任何具有界面的材料，包括但不限于玻璃、硅、石英、塑料、金属、织物或pe。

所述的盐酸多巴胺溶液的浓度为0.1～10mg/ml；其配置方法为将盐酸多巴胺溶解于10mmtris-hcl缓冲液(ph＝8.5)中。

所述的静置或者搅拌一段时间后取出中，静置或者搅拌的时间为1～72h，搅拌的转速为500～2000r/min。

步骤1)和步骤2)所述的清洗并干燥中，清洗方式为使用乙醇及纯水交替清洗，干燥为室温条件下干燥。

步骤2)所述的金属盐溶液为ag⁺的盐溶液或者au³⁺的盐溶液。

所述的ag⁺的盐溶液中ag⁺浓度为0.001～1mol/l；所述的au³⁺的盐溶液中au³⁺的浓度为0.0001～1mol/l。

所述的ag⁺的盐溶液或者au³⁺的盐溶液中，溶剂为水溶液、甲醇、乙醇、甲酸或者含有甲醇、乙醇或者甲酸的水溶液。

所述光照的过程中，光的波长范围为从紫外光到可见光区域，光照强度为0.1～1000mw/cm^-2，光照时间为10s～120min。

所述光照过程中，光通过光刻掩膜版进行照射。

本方法中通过控制光照的区域，以及光照的时间和强度，来控制表面金属化的区域以及所制备的金属纳米颗粒的密度和形貌。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优势：

1、本发明提出的在材料表面制备高密度单分散金属纳米颗粒的方法具有通用性；该方法对于材料没有选择性，任意材料例如玻璃、硅、石英、塑料、金属、织布等，都可以完成高密度单分散金属纳米颗粒的制备；

2、本发明提出的在材料表面制备高密度单分散金属纳米颗粒的方法可以在几十分钟，甚至几分钟内完成在任意材料表面制备高密度单分散金属纳米颗粒，克服了其他制备方法耗时长、步骤复杂、依靠大型仪器的局限；

3、本发明提出的在材料表面制备高密度单分散金属纳米颗粒的方法具有十分良好的时空可控性；通过控制光照的区域(例如使用光刻掩膜版)，以及光照的时间和强度，来控制表面金属化的区域以及所制备的金属纳米颗粒的密度和形貌；

4、本发明提出的在材料表面制备高密度单分散金属纳米颗粒的方法所制备的金属纳米颗粒的单分散性良好，在保持高密度的情况下能稳定维持自身的小尺寸，对于基于纳米材料小尺寸效应的维持具有极其重要的意义；

5、本发明提出的在材料表面制备高密度单分散金属纳米颗粒的方法所制备的金属纳米颗粒对材料基底粘附性良好，解决了其他制备方法中材料需要前处理及金属纳米颗粒对材料基底粘附性差的问题。

附图说明

图1是本发明提供的在材料表面制备高密度单分散金属纳米颗粒的方法的示意图；

图2是本发明制备的高密度单分散银纳米颗粒的扫描电镜图；

图3是本发明制备的高密度单分散金纳米颗粒的扫描电镜图；

其中：a具有聚多巴胺涂层的基底、b金属盐溶液、c光刻掩膜版。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例1

一种在材料表面制备高密度单分散金属纳米颗粒的方法，该方法包括以下步骤：

1)将玻片浸泡到盐酸多巴胺溶液(2mg/ml，10mmtris-hcl缓冲液，ph＝8.5)中，浸泡24h后，取出材料，使用乙醇及纯水交替清洗，并室温干燥，得到了具有聚多巴胺涂层的玻片a；

2)将具有聚多巴胺涂层的玻片a浸泡到0.1mol/l的硝酸银溶液b中(溶剂为水)，而后使用波长为365nm的紫外光经光刻掩膜版c照射该浸泡于硝酸银溶液b中的材料，照射强度为5mw/cm²，照射时间为30min，完成光照后，将玻片从硝酸银溶液b中取出，使用乙醇及纯水交替清洗，并室温干燥，在玻片表面得到高密度单分散金属纳米颗粒，如图2。

实施例2

一种在材料表面制备高密度单分散金属纳米颗粒的方法，该方法包括以下步骤：

1)将硅片浸泡到盐酸多巴胺溶液(0.1mg/ml，10mmtris-hcl缓冲液，ph＝8.5)中，搅拌1h后(转速1500r/min)，取出材料，使用乙醇及纯水交替清洗，并室温干燥，得到了具有聚多巴胺涂层的硅片a；

2)将具有聚多巴胺涂层的玻片a浸泡到1mol/l的硝酸银溶液b中(溶剂为50％乙醇)，而后使用波长为365nm的紫外光经光刻掩膜版c照射该浸泡于硝酸银溶液b中的材料，照射强度为1000mw/cm²，照射时间为10s，完成光照后，材料从溶液b中取出，使用乙醇及纯水交替清洗，并室温干燥，在硅片表面得到高密度单分散金属纳米颗粒。

实施例3

一种在材料表面制备高密度单分散金属纳米颗粒的方法，该方法包括以下步骤：

1)将pe片浸泡到盐酸多巴胺溶液(2mg/ml，10mmtris-hcl缓冲液，ph＝8.5)中，浸泡72h后，取出材料，使用乙醇及纯水交替清洗，并室温干燥，得到了具有聚多巴胺涂层的pe片a；

2)将具有聚多巴胺涂层的pe片a浸泡到10mmol/l的氯金酸溶液b中(溶剂为水，使用氢氧化钠调节ph＝7)，而后使用波长为365nm的紫外光经光刻掩膜版c照射该浸泡于氯金酸溶液b中的材料，照射强度为5mw/cm²，照射时间为10min，完成光照后，材料从溶液b中取出，使用乙醇及纯水交替清洗，并室温干燥，在pe片表面得到高密度单分散金属纳米颗粒，如图3。

实施例4

一种在材料表面制备高密度单分散金属纳米颗粒的方法，该方法包括以下步骤：

1)将织物浸泡到盐酸多巴胺溶液(10mg/ml，10mmtris-hcl缓冲液，ph＝8.5)中，浸泡24h后，取出材料，使用乙醇及纯水交替清洗，并室温干燥，得到了具有聚多巴胺涂层的织物a；

2)将具有聚多巴胺涂层的织物a浸泡到0.1mol/ml的硝酸银溶液b中(溶剂为水)。而后使用波长为455nm的蓝光经光刻掩膜版c照射该浸泡于硝酸银溶液b中的材料，照射强度为30mw/cm²，照射时间为120min，完成光照后，材料从溶液b中取出，使用乙醇及纯水交替清洗，并室温干燥，在pe片表面得到高密度单分散金属纳米颗粒。

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。