一种作为电镜显影剂的纳米金颗粒的制备方法及所得纳米金颗粒技术

本发明专利技术公开一种作为电镜显影剂的纳米金颗粒的制备方法及所得纳米金颗粒。本发明专利技术首先公开了作为电镜显影剂的纳米金颗粒的制备方法，该制备方法以氯金酸作为前驱体材料，以十六烷基三甲基溴化铵作为稳定剂，以硼氢化钠作为还原剂，在超重力旋转填充床中进行氧化还原反应，得到纳米金颗粒。本发明专利技术进一步提供了上述制备方法制备得到的纳米金颗粒。本发明专利技术金纳米颗粒的制备方法通过调节超重力旋转填充床的进料流率和转子转速得到了较优工艺参数，方便安全并可实现连续化生产，得到的纳米金颗粒形貌均一、尺寸均匀，其粒径为1

【技术实现步骤摘要】
一种作为电镜显影剂的纳米金颗粒的制备方法及所得纳米金颗粒


[0001]本专利技术涉及纳米材料的制备
更具体地，涉及一种作为电镜显影剂的纳米金颗粒的制备方法及所得纳米金颗粒。

技术介绍

[0002]自从E.Ruska和M.Knoll在1932年成功研制出第一台透射电子显微镜(TEM)以来，人类开始进入纳米世界，电子显微镜的广泛使用和电子显微学的迅猛发展极大地促进了材料科学、物理学、生命科学的发展。透射过样品的电子束携带有强度、相位以及周期性的信息，这些电子与物质相互作用产生的信息都包含在TEM图像中，使人们可以在原子尺度上认识微观世界。为揭示纳米尺度多相传递行为的演化规律和定量分析，采用电镜原位观测纳微介尺度流动行为时需要单分散纳米金颗粒作为造影剂，实现对不同流体的示踪。作为造影剂的纳米金颗粒需具有高成像对比度，即原子序数差大、形状区分度高；具有高分散稳定性，满足比表面能低、空间位阻低。
[0003]原子序数为79的金元素具有稳定的化学性质，当其尺度在纳米级别时具有由颗粒尺寸和形貌调控的等离激元共振效应，这引起了人们的广泛关注。纳米金颗粒易于通过修饰改变其表面的性质，从而改变粒子与液体介质、粒子与粒子的相互作用，达到较好的分散效果。纳米金颗粒的TEM图像具有足够的衬度，这使其作为电镜显影剂原位观测纳微介尺度流动行为具有良好的应用前景。现阶段普遍使用种子诱导的两步法合成不同形貌的纳米金颗粒，其中合成的“金种”为近球形，粒径在3.5nm左右。目前，小尺寸金球的制备存在以下问题：纳米金颗粒粒度不够均匀；无法规模化制备，不同批次的产品差异较大。
[0004]因此，需要一种新的制备能作为电镜显影剂的纳米金颗粒的方法，以解决上述问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的一个目的在于提供一种作为电镜显影剂的纳米金颗粒的制备方法，该制备方法通过使用超重力旋转填充床作为反应器，方便安全且可实现连续化生产。
[0006]本专利技术的另一个目的在于提供上述制备方法制备得到的纳米金颗粒，该纳米金颗粒的平均粒径约2nm(1
‑
3nm)，粒度均匀，在水溶液中分散良好，存放时间长。
[0007]为达到上述目的，本专利技术首先提供了一种作为电镜显影剂的纳米金颗粒的制备方法，所述制备方法以氯金酸作为前驱体材料，以十六烷基三甲基溴化铵作为稳定剂，以硼氢化钠作为还原剂，在超重力旋转填充床中进行氧化还原反应，得到纳米金颗粒。
[0008]基于本专利技术的制备方法，优选地，所述作为电镜显影剂的纳米金颗粒的制备方法包括如下步骤：
[0009]将氯金酸溶于水中，得到氯金酸溶液；
[0010]将十六烷基三甲基溴化铵溶于水中，得到稳定剂溶液，向所述稳定剂溶液中滴加
氯金酸溶液，充分搅拌混合，得到前驱体溶液；
[0011]将硼氢化钠溶于水中，得到硼氢化钠溶液；
[0012]将所述前驱体溶液和硼氢化钠溶液输送到超重力旋转填充床中，进行氧化还原反应，离心、洗涤，得到纳米金颗粒分散液。
[0013]本专利技术纳米金颗粒由于质量分数太低，干燥后量太少，难于保存，因此，一般分散在水中以分散液的形式保存。
[0014]本专利技术超重力技术是一种由超重力旋转填充床提供离心力场，利用超重力环境下多相流体的独特流动现象来强化流体间传质和微观混合的技术。在超重力环境下，分子的传质、扩散速率相比于常规搅拌通常会高1至3个数量级，因此能使微观混合过程得到极大的强化。对于本专利技术纳米金颗粒来说，利用超重力技术提供的离心力和剪切力，强化反应传质，可合成尺寸小且粒径分布均匀的粒子，在较优工艺参数下粒径约2nm，分散性和稳定性良好，可作为电镜显影剂，适用于原位观测研究纳微介尺度流动行为规律。另外，作为一种连续反应器，超重力旋转填充床可以实现对产物的连续化生产，且安全方便。
[0015]基于本专利技术的制备方法，选择十六烷基三甲基溴化铵作为稳定剂，十六烷基三甲基溴化铵是一种阳离子表面活性剂，吸附在纳米粒子的液固界面上，改变粒子表面的属性，降低界面自由能，并形成一层溶剂化膜，使粒子分散稳定性；而选择其他稳定剂配制难度较高，易导致金颗粒聚集，使金颗粒存放时间缩短。
[0016]基于本专利技术的制备方法，所述前驱体溶液中十六烷基三甲基溴化铵与氯金酸的摩尔比为50:1
‑
200:1；优选地，所述十六烷基三甲基溴化铵与氯金酸的摩尔比为100:1
‑
150:1。在本专利技术中十六烷基三甲基溴化铵与氯金酸的用量在此范围外，少则不能吸附在纳米粒子表面包裹粒子，起不到分散纳米粒子的作用；多则易导致反应过程中起泡严重，出现过饱和吸附，液相中多余的链状分子可能会相互交连而导致絮凝，且难以洗净。
[0017]基于本专利技术的制备方法，将所述前驱体溶液和硼氢化钠溶液输送到超重力旋转填充床中时所述硼氢化钠溶液中硼氢化钠与所述前驱体溶液中氯金酸的摩尔比为2:1
‑
10:1；优选地，所述硼氢化钠与氯金酸的摩尔比为4:1
‑
6:1。在本专利技术中硼氢化钠与氯金酸的用量在此范围外，少则因为硼氢化钠会与水发生反应释放出氢气，造成一定量损失而不足以将氯金酸完全还原；多则未能充分利用，导致浪费。
[0018]基于本专利技术的制备方法，所述氧化还原反应在常温常压下进行即可，即氧化还原反应的温度为5
‑
25℃；优选地，氧化还原反应的温度为15
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25℃。在本专利技术中氧化还原反应常温下即可进行，无需消耗额外的能量。
[0019]基于本专利技术的制备方法，所述超重力旋转填充床的进料流率为11.8
‑
30.0L/h。在本专利技术中进料流率在此范围外，低则两股反应液不能充分相互接触，超重力旋转填充床内的持液量过少，反应合成的纳米金颗粒的粒径偏大不均一；高则能耗较大，且产品质量没有显著提升。
[0020]基于本专利技术的制备方法，所述超重力旋转填充床的进料接口采用预混式。在本专利技术中若采用非预混式接口，两股液体不能充分接触，反应合成的纳米金颗粒的粒径分布较广。
[0021]基于本专利技术的制备方法，所述超重力旋转填充床的转子转速为600
‑
2400rpm；优选地，转子转速为1000
‑
2000rpm；更优选地，转子转速为1000rpm。在本专利技术中采用调频变速仪
调节转子转速，转子转速在此范围外，低则混合效果一般，形成的颗粒尺寸偏大不均一；高则能耗较大，机器损耗严重，而产品质量没有显著提升。
[0022]基于本专利技术的制备方法，优选地，在制备硼氢化钠溶液时，将硼氢化钠溶于0℃的水中。
[0023]基于本专利技术的制备方法，优选地，所述制备方法中用到的水均为去离子水。
[0024]本专利技术进一步提供了上述制备方法制备得到的纳米金颗粒。
[0025]根据本专利技术的纳米金颗粒，所述纳米金颗粒的粒径为1
‑
10nm，优选地为1
‑
3nm。该纳米金颗粒能分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种作为电镜显影剂的纳米金颗粒的制备方法，其特征在于，所述制备方法以氯金酸作为前驱体材料，以十六烷基三甲基溴化铵作为稳定剂，以硼氢化钠作为还原剂，在超重力旋转填充床中进行氧化还原反应，得到纳米金颗粒。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：将氯金酸溶于水中，得到氯金酸溶液；将十六烷基三甲基溴化铵溶于水中，得到稳定剂溶液，向所述稳定剂溶液中滴加氯金酸溶液，搅拌混合，得到前驱体溶液；将硼氢化钠溶于水中，得到硼氢化钠溶液；将所述前驱体溶液和硼氢化钠溶液输送到超重力旋转填充床中，进行氧化还原反应，离心、洗涤，得到纳米金颗粒分散液。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述超重力旋转填充床的进料流率为11.8
‑
30.0L/h。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述超重力旋转填充床的转子转速为600
‑
2400rpm；优选地，转子转速为1000
‑
2000rpm。...

【专利技术属性】
技术研发人员：王丹，胡珊鸣，王洁欣，初广文，陈建峰，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：