一步法合成球状形貌的核壳结构碳包金纳米颗粒的方法与流程

本发明涉及一步法合成球状形貌的核壳结构碳包金纳米颗粒的方法。

背景技术

近年来，纳米金颗粒由于其自身的特性，如方便的官能化、独特可调的光学特性，使其在生物材料及催化领域有着广泛的应用前景。由于纳米金颗粒具有较高的表面自由能，使其倾向于发生团聚而改变其特性。利用纳米组装技术将纳米粒子组装成具有核壳结构的材料便能在一定程度上改善这一问题。制备的具有核壳结构碳包金纳米颗粒，与金纳米颗粒和传统的金纳米颗粒/载体催化材料相比，由于碳外壳对内部au颗粒的稳定化作用以及碳壳层的介孔结构有利于反应物、产物分子的扩散，该核壳结构材料在液相烯烃的加氢反应、光催化反应等反应中具有高活性与良好的重复使用性。

目前具有核壳结构碳包金纳米颗粒主要以蔗糖作为碳源，该方法在合成过程中得到的具有核壳结构碳包金纳米颗粒形貌不均一，规整度较差，团聚严重，并且颗粒体积较大，这极大地限制了它在工业化生产及在其他方面的应用。yusufvalentinokaneti等人以葡萄糖作为碳源合成了具有核壳结构碳包金纳米棒，该方法中得到的纳米棒较为均匀，形貌规整，但该方法在合成过程中需在高温条件下连续数小时，不仅能耗大且水热法操作周期长，操作复杂且合成的样品有序度较差。李宁宁等人先合成金纳米颗粒，然后运用水热合成法得到具有核壳结构碳包金纳米颗粒，两步合成法所得到的样品尺寸分布比较集中，颗粒粒径较大，催化性能较弱。

技术实现要素：

本发明目的是为了解决现有合成方法得到的具有核壳结构碳包金纳米颗粒整体形貌较差，粒径较大以及反应条件苛刻的问题，而提供一步法合成球状形貌的核壳结构碳包金纳米颗粒的方法。

本发明一步法合成球状形貌的核壳结构碳包金纳米颗粒的方法按下列步骤实现：

一、将摩尔比为0.005~1:1的haucl4和苯二酚（如间苯二酚）溶解于水中，在室温下搅拌10～25min，得到混合溶液；

二、向步骤一得到的混合溶液中加入与间苯二酚摩尔比为2~4的甲醛溶液（质量分数为37%的甲醛溶液），在室温下搅拌10～25min，随后加入与间苯二酚摩尔比为50~80的无水乙醇，在室温下搅拌10～25min后逐滴加入与间苯二酚摩尔比为50~80质量分数为5%的氨水溶液（将质量分数为25%的氨水溶液用蒸馏水稀释得到），在室温下搅拌反应1～5h，得到产品，对产品离心收集固相物，固相物经洗涤、干燥后得到原粉。

三、原粉直接在惰性气体保护下马弗炉中550℃焙烧1-4h，得到碳化的具有球状形貌核壳结构碳包金纳米颗粒。

本发明以氯金酸为金源，间苯二酚和甲醛溶液为碳源，无水乙醇为分散剂。金离子在体系溶液中被原位还原为金纳米颗粒，随后间苯二酚和甲醛溶液在其外表面聚合形成的树脂包裹层，在室温条件下合成了具有高度单分散性，形貌均匀的球状核壳结构碳包金纳米颗粒。由于本发明是一步法合成具有均匀球状形貌的核壳结构碳的包金纳米颗粒，同时还可以根据实际需要改变金源与碳源用量，灵活调变核-金纳米颗粒的大小，与壳层-树脂层的厚度，且操作简单，在一定程度安上节约了时间与成本。

附图说明

图1为实施例三制备得到的具有核壳结构碳包金纳米颗粒的sem图；

图2为实施例四制备得到的具有核壳结构碳包金纳米颗粒的sem图；

图3为实施例四制备得到的具有核壳结构碳包金纳米颗粒的tem图；

图4为实施例五制备得到的具有核壳结构碳包金纳米颗粒的sem图；

图5为实施例六制备得到的具有核壳结构碳包金纳米颗粒的sem图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式一步法合成球状形貌的核壳结构碳包金纳米颗粒的方法按下列步骤实现：

一、将摩尔比为0.005~1:1的haucl4和苯二酚（如间苯二酚）溶解于水中，在室温下搅拌10～25min，得到混合溶液；

二、向步骤一得到的混合溶液中加入与间苯二酚摩尔比为2~4的甲醛溶液(质量分数为37%的甲醛溶液)，在室温下搅拌10～25min，随后加入与间苯二酚摩尔比为50~80的无水乙醇，在室温下搅拌10～25min后逐滴加入与间苯二酚摩尔比为50~80、质量分数为5%的氨水溶液（将质量分数为25%的氨水溶液用蒸馏水稀释得到），在室温下搅拌反应1～5h，得到产品，对产品离心收集固相物，固相物经洗涤、干燥后得到原粉。

三、原粉直接在惰性气体保护下马弗炉中550℃焙烧1-4h，得到碳化的具有规整球状形貌核壳结构碳包金纳米颗粒。

本实施方式通过各表征手段测试表明反应产物形貌均一的球形颗粒，比表面积大，有利于用于催化、吸附及药物载体等领域。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一将摩尔比为0.05~1:1的haucl4和间苯二酚溶解于水中。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是步骤一将摩尔比为0.1~1:1的haucl4和间苯二酚溶解于水中。其它步骤及参数与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤二所述的加入的甲醛溶液与间苯二酚的摩尔比为2：1。其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤二所述的加入的乙醇溶液与间苯二酚的摩尔比为66：1。其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤二所述的加入的氨水溶液与间苯二酚的摩尔比为66：1。其它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是步骤二在室温下搅拌反应2h。其它步骤及参数与具体实施方式一至六之一相同。

实施例一：本实施方式一步法合成球状形貌的核壳结构碳包金纳米颗粒的方法按下列步骤实现：

一、将0.28g间苯二酚配置成500ml溶液，从中取20ml间苯二酚溶液稀释至50ml，随后加入与间苯二酚摩尔比为0.005的haucl4，在室温下搅拌10～25min，得到混合溶液。

二、向步骤一得到的混合溶液中加入200µl质量分数为37%的甲醛溶液，搅拌10～25min，随后加入200µl的无水乙醇，搅拌10～25min后逐滴加入100µl质量分数为5%的氨水溶液，在室温下搅拌反应2小时，得到产品，对产品离心收集固相物，固相物经洗涤、干燥后得到原粉。

三、原粉直接在惰性气体保护下马弗炉中550℃焙烧4h，得到碳化的具有规整球状形貌核壳结构碳包金纳米颗粒。

实施例二：本实施方式一步法合成球状形貌的核壳结构碳包金纳米颗粒的方法按下列步骤实现：

一、向实施例一稀释的间苯二酚溶液中加入与间苯二酚摩尔比为0.05的haucl4，在室温下搅拌10～25min，得到混合溶液。

二、向步骤一得到的混合溶液中加入200µl质量分数为37%的甲醛溶液，搅拌10～25min，随后加入200µl的无水乙醇，搅拌10～25min后逐滴加入100µl质量分数为5%的氨水溶液，在室温下搅拌反应2小时，得到产品，对产品离心收集固相物，固相物经洗涤、干燥后得到原粉。

三、原粉直接在惰性气体保护下马弗炉中550℃焙烧4h，得到碳化的具有规整球状形貌核壳结构碳包金纳米颗粒。

实施例三：本实施方式一步法合成球状形貌的核壳结构碳包金纳米颗粒的方法按下列步骤实现：

一、向实施例一稀释的间苯二酚溶液中加入与间苯二酚摩尔比为0.1的haucl4，在室温下搅拌10～25min，得到混合溶液。

二、向步骤一得到的混合溶液中加入200µl质量分数为37%的甲醛溶液，搅拌10～25min，随后加入200µl的无水乙醇，搅拌10～25min后逐滴加入100µl质量分数为5%的氨水溶液，在室温下搅拌反应2小时，得到产品，对产品离心收集固相物，固相物经洗涤、干燥后得到原粉。

三、原粉直接在惰性气体保护下马弗炉中550℃焙烧4h，得到碳化的具有规整球状形貌核壳结构碳包金纳米颗粒。

本实施例得到的具有核壳结构碳包金纳米颗粒的sem图如图1所示，通过sem图显示出产物为均一的球形，分散性好，颗粒大小约为100nm。

实施例四：本实施方式一步法合成球状形貌的核壳结构碳包金纳米颗粒的方法按下列步骤实现：

一、向实施例一稀释的间苯二酚溶液中加入与间苯二酚摩尔比为0.4的haucl4，在室温下搅拌10～25min，得到混合溶液。

二、向步骤一得到的混合溶液中加入200µl质量分数为37%的甲醛溶液，搅拌10～25min，随后加入200µl的无水乙醇，搅拌10～25min后逐滴加入100µl质量分数为5%的氨水溶液，在室温下搅拌反应2小时，得到产品，对产品离心收集固相物，固相物经洗涤、干燥后得到原粉。

三、原粉直接在惰性气体保护下马弗炉中550℃焙烧4h，得到碳化的具有规整球状形貌核壳结构碳包金纳米颗粒。

本实施例得到的具有核壳结构碳包金纳米颗粒的sem图如图2所示，通过sem图显示出产物为均一的球形，分散性好，颗粒大小约为50nm。

实施例五：本实施例与实施例一不同的是步骤一将摩尔比为1:1的haucl4和间苯二酚溶解于50ml水中，室温下恒速搅拌得到混合溶液。

实施例六：本实施例与实施例一不同的是步骤一将摩尔比为0.4:1的haucl4和邻苯二酚溶解于50ml水中，室温下恒速搅拌得到混合溶液。

实施例七：本实施例与实施例一不同的是步骤一将摩尔比为0.4:1的haucl4和对苯二酚溶解于50ml水中，室温下恒速搅拌得到混合溶液。