本发明专利技术提供了一种对可见‑近红外光强吸收的纳米金棒‑黑色二氧化钛核壳材料及制备方法。所述方法包括：制备具有表面等离共振效应且光吸收峰在620～1050nm范围内的纳米金棒；以二氧化钛作为壳层包覆纳米金棒内核；将壳层处理成黑色二氧化钛。该核壳材料兼具纳米金棒内核和黑色二氧化钛壳层的光吸收特性，可以在宽波长范围内实现对可见光至近红外光范围内的强烈吸收，并可进一步实现光热转换。本发明专利技术的核壳材料可应用于光催化、光热治疗、生物医学成像造影剂等领域。
Core-Shell Materials for Visible-Near Infrared Light Intensity Absorption and Their Preparation
The invention provides a nano-gold rod black titanium dioxide core-shell material for visible and near infrared light absorption and a preparation method thereof. The method includes: preparing gold nanorods with surface plasmon resonance effect and light absorption peak in the range of 620-1050 nm; using titanium dioxide as shell to coat the core of gold nanorods; and treating the shell to black titanium dioxide. The core-shell material possesses both the optical absorption properties of gold nanorod core and black titanium dioxide shell. It can absorb intensely from visible to near infrared light in a wide wavelength range, and further realize photothermal conversion. The core-shell material of the invention can be applied in the fields of photocatalysis, photothermal therapy, biomedical imaging contrast agent, etc.
【技术实现步骤摘要】
对可见-近红外光强吸收的核壳材料及其制备方法
本专利技术涉及光吸收核壳材料
，具体来讲，涉及一种能够对可见光至近红外光强吸收的新型核壳材料、该新型核壳材料的制备方法、以及该新型核壳材料作为太赫兹(THz)生物成像造影剂进行疾病诊断、进行光热治疗、或作为光催化剂进行污染物降解方面的用途。
技术介绍
通常来讲，二氧化钛(TiO2)作为光催化的首先材料，由于其较大的禁带宽度(3.2eV)，使得其在可见光至红外区域几乎不吸收，只能在紫外波段有较强的吸收峰，从而限制了其应用范围。金纳米棒具有优良的表面等离共振效应，也应用到生物成像以及癌症治疗方面，但是只能实现某一具体波段的吸收。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，提出一种对可见-近红外光强吸收的新型核壳材料及其制备方法以及应用。专利技术人经过研究发现，将黑色二氧化钛的可见-近红外光吸收和金纳米棒的表面等离效应整合到一起，在可见-近红外光波段形成两者的叠加效果，无论是在光催化降解污染物还是在作为载体进行光热治疗，又或者是在提高THz成像对比度方面都将是一个非常好的新型材料。相对于现有的纳米金棒，本专利技术的核壳结构材料可以实现一个宽波段吸收。相对于现在的黑色二氧化钛，贵金属金的加入可以阻碍黑色二氧化钛表面电子空穴对的复合，也可以实现某一具体波段的强烈吸收，例如，核心金棒是780nm的吸收特征峰，而本专利技术的核壳结构可以实现在780nm的一个强烈吸收。相对于现有的金纳米棒与普通白色二氧化钛结合的结构，本专利技术的核壳结构材料可以实现结合两者的优势，在可见光至近红外光的波段内均具有强烈的吸收效果，从而能够实现将本专利技术的新型核壳材料作为太赫兹(THz)生物成像造影剂进行疾病诊断、进行光热治疗的应用，以及将其作为光催化剂进行污染物降解方面的应用。有鉴于此，本专利技术一方面提供了一种对可见-近红外光强吸收的核壳材料，所述核壳材料以具有表面等离共振效应的纳米金棒作为内核并且以黑色二氧化钛作为外壳，其中，纳米金棒的长度为40～70nm且长径比为2.7～4.7：1，外壳的厚度为10～30nm。其中，所述纳米金棒的共振吸收峰可在620～1050nm的范围内。黑色二氧化钛可对420～1050nm波长范围内的光强烈吸收。本专利技术的另一方面提供了一种太赫兹生物成像造影材料，所述太赫兹生物成像造影材料包括如上所述的对可见-近红外光强吸收的核壳材料。本专利技术的另一方面还提供了一种光热治疗材料，所述光热治疗材料包括如上所述的基于对可见-近红外光强吸收的核壳材料。本专利技术的另一方面还提供了一种光催化材料，所述光催化材料可包括如上所述的对可见-近红外光强烈吸收的核壳材料。本专利技术的另一方面还提供了一种制备基于表面等离共振效应对可见-近红外光强吸收的核壳材料的方法，所述方法包括以下步骤：制备具有表面等离共振效应且吸收峰在620～1050nm的范围内的纳米金棒；对所述纳米金棒进行表面修饰，依次形成具有从内至外的第一二氧化硅包覆层、二氧化钛包覆层和第二二氧化硅包覆层的多层核壳结构，对所述多层核壳结构进行热处理，以使二氧化钛包覆层的二氧化钛转变为锐钛矿相；刻蚀以去掉第一和第二二氧化硅包覆层，得到二氧化钛包覆纳米金棒的核壳结构；对所述锐钛相的二氧化钛进行黑化处理，以形成以具有表面等离共振效应的纳米金棒作为内核并且以黑色二氧化钛作为外壳的核壳材料，即为对可见光至近红外光强吸收的核壳材料。与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括以下内容中的至少一项：1)将纳米金棒与黑色二氧化钛结合是首次提出的结构，是一种新型材料，能将金纳米棒的表面等离共振光吸收和黑色二氧化钛对可见-近红外光波段的强烈吸收进行叠加，把两者的优越性进行整合；2)多孔黑色二氧化钛还可以作为药物载体进行药物输送，加上金纳米棒的强光热效应，可以作为新型的光热治疗材料；3)可以作为THz成像造影剂，壳体的黑色二氧化钛提高了其生物相容性，并能够提高造影能力；4)在光催化方面，本来催化效果不错的黑色二氧化钛，加上具有表面等离共振效应的金纳米棒产生热电子注入二氧化钛导带，进一步降低改为进一步降低电子空穴对的复合几率，增加光催化效果。附图说明图1示出了纳米金棒的扫描电镜图。图2示出了表面包覆处理过程中的纳米金棒的扫描电镜图。图3示出了纳米二氧化钛壳体的扫描电镜图。图4示出了黑化处理后的二氧化钛壳体表面的扫描电镜图。具体实施方式在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本专利技术的对可见-近红外光强吸收的核壳材料及其制备方法、以及该核壳材料的应用。在本专利技术的一个示例性实施例中，制备对可见-近红外光强吸收的核壳材料的方法可通过以下步骤实现：(1)形成纳米金棒制备具有表面等离共振效应且吸收峰在620～850nm的范围内的纳米金棒。具体来讲，可通过种子法等多种方法制备纳米金棒，并控制纳米金棒的长度为40～70nm，长径比为2.7～4.7：1，且控制吸收峰在620～850nm范围内，从而形成具有优良表面等离共振效应，且能够对可见光进行有效吸收的纳米金棒。例如，制备纳米金棒步骤可以采用以下方式：A、种子溶液的制备：制备10mL，0.1mol/L的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶液，向其加入0.93mL，1％的氯金酸(HAuCl4)溶液，缓和搅拌，后迅速加入0.6mL，0.01mol/L冰浴冷却的硼氢化钠(NaBH4)溶液，剧烈搅拌2min后，放置2h备用。B、生长溶液的制备(以40ml为例)：制备40mL，0.1mol/L的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶液，向其加入0.68mL，1％的氯金酸(HAuCl4)溶液，缓和搅拌，随后加入0.4～2.0ml的0.004mol/L的硝酸银溶液，后加入0.28mL，0.0788mol/L抗坏血酸(AA)溶液，缓和搅拌。C、合成金纳米棒颗粒：将48μL种子溶液加入上述生长溶液中，于27～30℃下静止生长24h。最终，得到长度为40～70nm、长径比为2.7～4.7：1、且吸收峰在620～850nm范围内的纳米金棒。纳米金棒的图像如图1所示。(2)以二氧化硅和二氧化钛包覆纳米金棒形成多层核壳结构对步骤(1)制得的纳米金棒进行表面修饰，形成以二氧化硅和二氧化钛包覆纳米金棒的多层核壳结构。具体来讲，对纳米金棒进行表面修饰，依次形成从内至外的第一二氧化硅包覆层、二氧化钛包覆层和第二二氧化硅包覆层，即为多层核壳结构。此外，形成第一二氧化硅包覆层的过程也可通过使所述纳米金棒表面带正电荷，然后利用正负电荷的吸引在纳米金棒之外形成第一二氧化硅包覆层。图3示出了在二氧化硅表面包覆二氧化钛的图片。需要说明的是，由内至外的三层包覆具有重要作用，如果只包覆二氧化硅和二氧化钛两层，则会在随后的热处理过程中破坏二氧化钛的壳层结构以及介孔结构，从而难以得到期望的核壳结构。对所述多层核壳结构进行热处理，以使二氧化钛转变为锐钛矿相。例如，可通过将多层核壳结构材料加热至锐钛矿相转变温度以上(例如，温度可达800℃)，并保温来实现相转变。需要指出的是，本来800℃会转变为金红石相的二氧化钛，但是因为最外层还包覆一层二氧化硅，所以阻碍了锐钛矿相相金红石相的转变，也就是说，即使在800℃进行热处理，依然还保持着锐钛矿相。这里，二氧化钛外壳的厚度10～30n本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种对可见‑近红外光强吸收的纳米金棒‑黑色二氧化钛核壳材料，其特征在于，所述核壳材料以具有表面等离共振效应的纳米金棒作为内核并且以黑色二氧化钛作为外壳，其中，纳米金棒的长度为40～70nm且长径比为2.7～4.7：1，外壳的厚度为10～30nm。
【技术特征摘要】
1.一种对可见-近红外光强吸收的纳米金棒-黑色二氧化钛核壳材料，其特征在于，所述核壳材料以具有表面等离共振效应的纳米金棒作为内核并且以黑色二氧化钛作为外壳，其中，纳米金棒的长度为40～70nm且长径比为2.7～4.7：1，外壳的厚度为10～30nm。2.根据权利要求1所述的核壳材料，其特征在于，所述纳米金棒的共振吸收峰在620～1050nm的范围内。3.根据权利要求1所述的核壳材料，其特征在于，所述黑色二氧化钛为锐钛矿相。4.根据权利要求1所述的核壳材料，其特征在于，所述黑色二氧化钛对420～1050nm波长范围内的光强烈吸收。5.一种太赫兹生物成像造影材料，其特征在于，所述太赫兹生物成像造影材料包括如权利要求1至4中任意一项所述的对可见-近红外光强吸收的核壳材料。6.一种光热治疗材料，其特征在于，所述光热治疗材料包括如权利要求1至4中任意一项所述的对可见-近红外光强吸收的核壳材料。7.一种光催化材料，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：施奇武，蒋雄瑞，黄婉霞，严芷瑶，张静，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51
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