一种金纳米颗粒修饰的碳纳米管及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种金纳米颗粒修饰的碳纳米管及其制备方法与应用，其中，所述修饰的碳纳米管以碳纳米管为载体，在载体表面负载有金纳米颗粒，其中，所述金纳米颗粒为多面体形结构。所述方法如下进行：将雾化状态的金化合物溶液与加热的碳纳米管载体接触，然后进行原位还原，得到所述金纳米颗粒修饰的碳纳米管。所述修饰的碳纳米管可以用于表面增强拉曼散射的检测基底。所述修饰的碳纳米管上负载的金纳米颗粒为多面体结构，其棱角分明，具有较强的“热点”，且碳纳米管位于“热点”区，因此所述修饰的碳纳米管具有很强的拉曼增强效果。本发明专利技术所述方法简单、巧妙、易实现，从而得到所述修饰的碳纳米管。

A gold nanoparticle modified carbon nanotube and its preparation and Application

The invention discloses a gold nano particle modified carbon nanotube and its preparation method and application, in which the modified carbon nanotube is loaded with carbon nanotube and loaded with gold nanoparticles on the surface of the carrier, in which the gold nanoparticles are multifaceted structure. The method is as follows: the gold compound solution of the atomized state is contacted with the heated carbon nanotube carrier, and then in situ reduction is carried out to obtain the carbon nanotube modified by the gold nanoparticles. The modified carbon nanotubes can be used for detecting the substrate of surface enhanced Raman scattering. The gold nanoparticles loaded on the modified carbon nanotube are polyhedron, with a sharp angle and a strong \hot spot\, and the carbon nanotubes are in the \hot spot\ area, so the modified carbon nanotubes have a strong Raman enhancement effect. The method of the invention is simple, ingenious and easy to implement, thereby obtaining the modified carbon nanotubes.

【技术实现步骤摘要】
一种金纳米颗粒修饰的碳纳米管及其制备方法与应用
本专利技术属于碳纳米管领域，具体涉及金纳米颗粒修饰的碳纳米管，特别地，涉及一种金纳米颗粒修饰的碳纳米管及其制备方法与应用。
技术介绍
拉曼光谱属于分子振动光谱，可以反映分子的特征结构、但由于拉曼散射效应的光强仅约为入射光强的10-10，所以，在对表面吸附物质进行拉曼光谱研究时都要利用某种增强效应。表面增强拉曼散射(SurfaceEnhanceRamanScattering，SERS)是一种具有表面选择性的增强效应，可以将吸附在材料表面的分子的拉曼信号放大到106到1014倍，为人们深入表征各种表面或界面(如各种固-液、固-气、固-固界面)的结构和过程提供了分子水平上的信息，是研究表面物理、化学结构和性质的有利工具。由于分子所吸附的基底表面形态是SERS效应能否发生和SERS信号强弱的重要影响因素，所以分子的承载基底非常关键，因而SERS活性基底的研究一直是该领域的研究热点之一。其中，金、银、铜三类贵金属纳米体系一直是研究最热、最多、增强最为明显的SERS活性基底，尤其是惰性的金活性基底。碳纳米管(carbonnanotubes,CNT)自身具有典型的拉曼特征峰，可以准确标识分子结构特征，因此拉曼光谱是研究碳纳米管的有力手段之一。而利用贵金属的局域表面等离子体电磁场效应使具有拉曼活性分子的信号得以大幅度提高的SERS，更是研究碳纳米管内部结构的常用方法。另外，相比平面型衬底，碳纳米管的一维纳米结构使得金属纳米颗粒形成一维排布，在相邻金属纳米颗粒的等离子体之间可能产生“热点”。这些金属纳米颗粒对探针分子的吸附，以及“热点”处极大增强的局域表面等离子体电场，均可以提高SERS的灵敏度。因此近年来以碳纳米管为衬底，其上附着一层金、银、铜等纳米材料作为拉曼活性基底的研究也渐有报道。但是，在现有技术中，大多采用先制备金的球形颗粒，然后将碳纳米管放于金颗粒中，或者，将碳纳米管与金的溶液混合，形成CNT/金颗粒的复合物，这样得到的复合物的拉曼增强因子(EnhancementFactors,EF)相对较低。这是因为在相邻等离子体之间产生的“热点”不易控制，而且无法将碳纳米管可控地置于这些“热点”上。如何精确、可控地将碳纳米管置于相邻金纳米颗粒等离子体之间的“热点”上，是提高拉曼增强因子(EF)的关键挑战。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术人进行了锐意研究，结果发现：将金化合物的溶液以雾化状态(即雾化颗粒)落于高温碳纳米管表面，然后进行原位反应，得到多面体形金纳米颗粒修饰的碳纳米管，其中，金纳米颗粒的棱角、棱边处形成“热点”，尤其是相邻颗粒之间的棱角、棱边之间，且由于多面体形金纳米颗粒的棱边贴附在碳纳米管上，所述碳纳米管刚好位于“热点”处，这样，金纳米颗粒的表面等离子体共振对于碳纳米管的拉曼信号具有明显的增强效果，从而完成本专利技术。本专利技术一方面在于提供一种金纳米颗粒修饰的碳纳米管，其中：所述修饰的碳纳米管以碳纳米管为载体，在载体表面负载/生长有金纳米颗粒，其中，所述金纳米颗粒为多面体形结构。本专利技术另一方面提供了一种制备金纳米颗粒修饰的碳纳米管的方法，其中，所述方法包括以下步骤：步骤1、获得碳纳米管载体；步骤2、在碳纳米管载体上进行原位反应生成金纳米颗粒，得到金纳米颗粒修饰的碳纳米管。本专利技术第三方面提供了一种上述金纳米颗粒修饰的碳纳米管的应用，其用于表面增强拉曼散射。附图说明图1A示出三棱台结构金纳米颗粒修饰的碳纳米管，其中，图中示出金纳米颗粒在旋转不同角度下的一系列TEM图，以及根据一系列TEM图得到的金纳米颗粒的立体图(右侧)，图上方表示的是旋转角度；图1B示出三棱台结构金纳米颗粒和四棱台结构金纳米颗粒修饰的碳纳米管，其中，图中示出金纳米颗粒在旋转不同角度下的一系列TEM图，以及根据一系列TEM图得到的金纳米颗粒的立体图(右侧)，图上方表示的是旋转角度；图1C示出六棱台结构金纳米颗粒修饰的碳纳米管，其中，图中示出金纳米颗粒在旋转不同角度下的一系列TEM图，以及根据一系列TEM图得到的金纳米颗粒的立体图(右侧)，图上方表示的是旋转角度；图2示出本专利技术所述三棱台结构金纳米颗粒修饰的碳纳米管的TEM图，其中，实线为勾勒出的金纳米颗粒的可能立体结构；图3示出多面体金纳米颗粒修饰的碳纳米管SERS基底的结构模拟模型一，图中的白色尺寸标记为60nm；图4示出多面体金纳米颗粒修饰的碳纳米管SERS基底的结构模拟模型二，图中的白色尺寸标记为60nm；图5示出球形金纳米颗粒修饰的碳纳米管SERS基底的结构模拟模型，图中的白色尺寸标记为60nm；图6A示出由一个多面体结构金纳米颗粒修饰的单壁碳纳米管的TEM图，及其拉曼增强因子(EF)；图6B示出由一个较小尺寸的三棱台结构金纳米颗粒修饰的单壁碳纳米管的TEM图，及其拉曼增强因子(EF)；图6C示出由两个相邻的多面体结构金纳米颗粒修饰的单壁碳纳米管的TEM图，及其拉曼增强因子(EF)，其中，两个金纳米颗粒之间具有一定间隙；图6D示出由两个相邻的多面体结构金纳米颗粒修饰的单壁碳纳米管的TEM图，及其拉曼增强因子(EF)，其中，两个金纳米颗粒之间具有较小间隙；图6E示出由多个多面体结构的金纳米颗粒紧密排列在单壁碳纳米管的轴向两侧形成的碳纳米管的TEM图，及其拉曼增强因子(EF)；图6F示出由两个相邻的类球形金纳米颗粒修饰的单壁碳纳米管的TEM图，及其拉曼增强因子(EF)，其中，两个金纳米颗粒之间具有一定间隙；图6G示出由一个较大尺寸的三棱台结构金纳米颗粒修饰的单壁碳纳米管的TEM图，及其拉曼增强因子(EF)；图7示出本专利技术所述方法采用的反应装置的一种实施方式；图8示出本专利技术实施例2制得的样品的XPS能谱；图9示出本专利技术实施例2制得的样品的SEM图；图10示出本专利技术实施例1制得的样品的TEM图；图10A示出图10中方框处的局部放大TEM图；图11示出本专利技术实施例2制得的样品的TEM图；图12示出本专利技术实施例3制得的样品的TEM图；图13示出本专利技术实施例6制得的样品的TEM图；图14A示出本专利技术实施例1制得的样品的(拉曼)增强因子的数据统计图；图14B示出本专利技术实施例2制得的样品的(拉曼)增强因子的数据统计图；图14C示出本专利技术实施例3制得的样品的(拉曼)增强因子的数据统计图；图15示出在本专利技术实施例1制得的样品的同一根碳纳米管上的含金附着位点和无金附着位点上分别进行拉曼检测得到的拉曼光谱；图16A示出本专利技术实施例1制得的样品在100～3000cm-1区间内的拉曼光谱图；图16B示出本专利技术实施例1制得的样品在1900～3000cm-1区间内的拉曼光谱图；图16C示出本专利技术实施例1制得的样品在100～1900cm-1区间内的拉曼光谱图；图17示出以本专利技术实施例1制得的样品为SERS基底对亚甲基蓝进行拉曼检测，得到的拉曼光谱图；图18示出以本专利技术对比例1制得的样品为SERS基底对亚甲基蓝进行拉曼检测，得到的拉曼光谱图。附图标号说明1-壳体；2-雾化器；3-水性介质；4-雾化颗粒容纳装置；41-引导臂；42-气体进入口；5-可溶性金化合物溶液；51-雾化颗粒；6-加热部件；7-碳纳米管载体。具体实施方式下面通过对本专利技术进行详细说明，本专利技术的特点和优本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金纳米颗粒修饰的碳纳米管，其特征在于，所述修饰的碳纳米管以碳纳米管为载体，在载体表面负载/生长有金纳米颗粒，其中，所述金纳米颗粒为多面体形结构。

【技术特征摘要】
2017.01.24 CN 20171005288341.一种金纳米颗粒修饰的碳纳米管，其特征在于，所述修饰的碳纳米管以碳纳米管为载体，在载体表面负载/生长有金纳米颗粒，其中，所述金纳米颗粒为多面体形结构。2.根据权利要求1所述修饰的碳纳米管，其特征在于，所述金纳米颗粒为棱台结构。3.根据权利要求1或2所述修饰的碳纳米管，其特征在于，在碳纳米管载体上，负载/生长有至少一个金纳米颗粒对，该金纳米颗粒对由棱边贴附在碳纳米管载体上的两个金纳米颗粒构成，在金纳米颗粒对中，两个金纳米颗粒之间的间距为1～400nm；和/或在金纳米颗粒对中，所述金纳米颗粒的粒径为30～300nm。4.根据权利要求1至3之一所述修饰的碳纳米管，其特征在于，碳纳米管载体选自单壁碳纳米管、多壁碳纳米管和碳纳米管管束中的一种或多种，优选选自单壁碳纳米管和/或碳纳米管管束。5.一种制备金纳米颗粒修饰的碳纳米管的方法，所述方法包括以下步骤：步骤1、获得碳纳米管载体；步骤2、在碳纳米管载体上进行原位反应生成金纳米颗粒，得到金纳米颗粒修饰的碳纳米管。6.根据权利要求5所述的方法，其中，步骤2包括以下子步骤：步骤2-1、将可溶性金化合物溶于溶剂中，得到可溶性金化合物溶液；步骤2-2、对步骤1获得的碳纳米管载体进行加热；步骤2-3、将步骤2-1得到的可溶性金化...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨娟，张达奇，李彦，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京,11