纳米银颗粒自组装负载的碳气凝胶及其制备方法和用途技术

本发明专利技术涉及碳气凝胶制备技术领域，具体为一种纳米银颗粒自组装负载的碳气凝胶及其制备方法和作为SERS衬底上的用途。本发明专利技术采用溶胶

【技术实现步骤摘要】
纳米银颗粒自组装负载的碳气凝胶及其制备方法和用途


[0001]本专利技术涉及SERS衬底制备
，尤其涉及一种纳米银颗粒自组装负载的碳气凝胶及其制备方法和作为SERS衬底上的用途。

技术介绍

[0002]表面增强拉曼散射(SERS)可实现实时快速检测持久性有机污染物(POPS)，有别于常规色谱/质谱联用方法存在前处理过程复杂、难以快速检测的问题，SERS检测有高灵敏度、指纹特性、重复性好、周期较短等优势。气凝胶因其超大孔隙率和比表面积而有强吸附性，是一种很好的SERS衬底骨架。但在现有技术中，以二氧化硅或其复合气凝胶为SERS衬底骨架存在化学稳定性差和机械性差等问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的之一是提供一种纳米银颗粒自组装负载的碳气凝胶的制备方法，用于克服现有技术中制备方法存在的机械性能差的缺点。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：
[0005]一种纳米银颗粒自组装负载的碳气凝胶的制备方法，包括如下步骤：
[0006]步骤S1、将聚乙烯吡咯烷酮K90加入乙二醇中，然后再加入硝酸银，得到混合溶液；
[0007]步骤S2、将碳气凝胶浸泡在上述混合溶液中12～24h，在120～180℃的恒温条件下油浴0.5～2h，制得包覆聚乙烯吡咯烷酮K90的纳米银颗粒自组装负载的碳气凝胶，恒温下醇洗去除聚乙烯吡咯烷酮K90，室温烘干，即制得纳米银颗粒自组装负载的碳气凝胶。
[0008]作为上述纳米银颗粒自组装负载的碳气凝胶的制备方法进一步的改进：
[0009]优选的，步骤S1中聚乙烯吡咯烷酮K90在混合溶液中的浓度为10～35mg/ml，硝酸银在混合溶液中的浓度为25～100mol/L
[0010]优选的，所述碳气凝胶的制备方法如下：
[0011]步骤A、将碳纳米管、去离子水、十二烷基硫酸钠混合，室温下搅拌，使碳纳米管完全分散，制得碳纳米管分散液；
[0012]步骤B、在碳纳米管分散液中加入间苯二酚、甲醛、碳酸钠，室温下搅拌，使间苯二酚和甲醛完全溶于碳纳米管分散液，然后在搅拌状态下缓慢滴入环氧氯丙烷，制得碳气凝胶前驱体溶胶；
[0013]步骤C、将碳气凝胶前驱体溶胶密封，使其充分凝胶化，制得碳气凝胶前驱体凝胶；
[0014]步骤D、将碳气凝胶前驱体凝胶用叔丁醇进行溶剂置换，然后冷冻干燥，从而制得酚醛包裹的碳纳米管气凝胶；
[0015]步骤E、将酚醛包裹的碳纳米管气凝胶进行高温煅烧，然后切片，即制得碳气凝胶。
[0016]作为碳气凝胶的制备方法进一步的改进：
[0017]优选的，步骤A中碳纳米管和十二烷基硫酸钠的添加量分别为碳纳米管分散液总质量的1～10wt％、5～10wt％。
[0018]优选的，步骤B中间苯二酚与甲醛摩尔比例为1:2，间苯二酚在混合液中的浓度为0.1～0.5mol/L，甲醛在混合液中的浓度为0.2～1mol/L，碳酸钠在混合液中的浓度为0.2～1mmol/L，环氧氯丙烷的添加量为碳气凝胶前驱体溶胶总体积的1～5％。
[0019]优选的，步骤C中将碳气凝胶前驱体溶胶在50～180℃的温度下放置5～48h，使其充分凝胶化。
[0020]优选的，步骤D中将置换后的碳气凝胶前驱体凝胶在
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80～
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10℃的温度下放置10～36h，进行冷冻干燥。
[0021]优选的，步骤E中所述高温煅烧的具体步骤如下：以N2含量在99.999％以上的高纯氮气作为保护气，将酚醛包裹的碳纳米管气凝胶置于高温管式炉中，以1～5℃/min的速率由室温升温至500℃，然后以2～8℃/min的速率升温至700～1000℃，并在该温度下保温60～180min，最后自然降温至室温。
[0022]专利技术的目的之二是提供一种由上述任一制备方法制得的纳米银颗粒自组装负载的碳气凝胶。
[0023]本专利技术的目的之三是提供一种上述纳米银颗粒自组装负载的碳气凝胶在作为三维柔性SERS衬底上的用途。
[0024]本专利技术相比现有技术的有益效果在于：
[0025]1)本专利技术所提供的交联剂辅助制备碳气凝胶的方法采用溶胶
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凝胶法，以间苯二酚、甲醛、碳纳米管、碳酸钠、环氧氯丙烷为原料在水体系中形成溶胶。凝胶化后将溶剂用叔丁醇充分置换并干燥，然后在氮气气氛下高温煅烧，从而制得碳气凝胶。通过将碳气凝胶浸泡在乙二醇、硝酸银、聚乙烯吡咯烷酮的混合溶液中，乙二醇油浴还原硝酸银得到自组装的银纳米颗粒负载在碳气凝胶骨架中，进一步醇洗去除纳米银颗粒表面的聚乙烯吡咯烷酮，从而得到自组装银纳米颗粒负载的碳气凝胶作为一种三维柔性SERS衬底。实现实时快速检测痕量的4
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ATP。
[0026]2)该制备方法仅需实验室常用的普通设备，不需专用设备，也不需要特殊药品，工艺过程简单易操作，反应过程易控制、生产周期短、成本低廉，可以批量生产。
[0027]3)本专利技术的纳米银颗粒自组装负载在碳气凝胶具有一定吸附性。由于碳气凝胶的多孔结构，超大的比表面积，实现对目标分子有利的强吸附，进而使得吸附在银纳米颗粒表面的待测分子实现表面增强拉曼散射；其次，碳材料有很好的化学稳定性和热稳定性，由超大长径比的碳纳米管构筑的碳气凝胶能实现压缩后回弹，一定程度上改善了其机械性能。可实现痕量、快速检测如4
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ATP等试剂。方法所制备的自组装银纳米颗粒负载的碳气凝胶具有表面增强拉曼效应，作为三维柔性SERS衬底具有较好的柔性、吸附性和良好的检测能力，可同时检测两种有机物分子，实时快速检测痕量4
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ATP。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
[0029]图1为采用扫描电镜分别对本专利技术实施例1～4及对比例1所制备的三维柔性SERS
衬底在10k放大倍率下进行形貌检测，从而得到的扫描电镜照片。
[0030]图2为对实施例3中所制备的三维柔性SERS衬底弯曲变换前后的光学照片。
[0031]图3为实施例1～4及对比例1所制备的三维柔性SERS衬底SERS性能检测拉曼对照图及对比例对痕量4
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ATP的不同浓度检测拉曼图。
具体实施方式
[0032]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0033]为了更加清晰地展现出本专利技术所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以具体实施例对本专利技术实施例所提供的交联剂辅助制备碳气凝胶的方法进行详细描述。
[0034]实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米银颗粒自组装负载的碳气凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1、将聚乙烯吡咯烷酮K90加入乙二醇中，然后再加入硝酸银，得到混合溶液；步骤S2、将碳气凝胶浸泡在上述混合溶液中12～24h，在120～180℃的恒温条件下油浴0.5～2h，制得包覆聚乙烯吡咯烷酮K90的纳米银颗粒自组装负载的碳气凝胶，恒温下醇洗去除聚乙烯吡咯烷酮K90，室温烘干，即制得纳米银颗粒自组装负载的碳气凝胶。2.根据权利要求1所述的纳米银颗粒自组装负载的碳气凝胶的制备方法，其特征在于，步骤S1中聚乙烯吡咯烷酮K90在混合溶液中的浓度为10～35mg/ml，硝酸银在混合溶液中的浓度为25～100mol/L。3.根据权利要求1或2所述的纳米银颗粒自组装负载的碳气凝胶的制备方法，其特征在于，所述碳气凝胶的制备方法如下：步骤A、将碳纳米管、去离子水、十二烷基硫酸钠混合，室温下搅拌，使碳纳米管完全分散，制得碳纳米管分散液；步骤B、在碳纳米管分散液中加入间苯二酚、甲醛、碳酸钠，室温下搅拌，使间苯二酚和甲醛完全溶于碳纳米管分散液，然后在搅拌状态下缓慢滴入环氧氯丙烷，制得碳气凝胶前驱体溶胶；步骤C、将碳气凝胶前驱体溶胶密封，使其充分凝胶化，制得碳气凝胶前驱体凝胶；步骤D、将碳气凝胶前驱体凝胶用叔丁醇进行溶剂置换，然后冷冻干燥，从而制得酚醛包裹的碳纳米管气凝胶；步骤E、将酚醛包裹的碳纳米管气凝胶进行高温煅烧，然后切片，即制得碳气凝胶。4.根据权利要求3所述的纳米银颗粒自组装负载的碳气凝胶的制备方法，其特征在于，步骤A中碳纳米管和十二烷基硫酸钠的添加量分别为碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：李昕扬，郑春雪，胡小晔，黄竹林，李越，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：