金纳米粒子微波合成方法技术

一种金纳米粒子的合成方法。本发明专利技术以微波加热法代常规的回流法，用柠檬酸钠为还原剂，还原氯金酸合成金纳米粒子。提供了一种获得金纳米粒子的粒径Ｙ（ｎｍ）与柠檬酸钠／氯金酸的ｍｏｌ比值Ｘ的公式为：Ｙ＝８．５５＋１０１．５／（１＋１．６Ｘ５）；要获得需要粒径的金纳米粒子，相应的只要按照本发明专利技术提供的上述公式来选择檬酸钠／氯金酸的ｍｏｌ比值。通过调节反应初始混合物中氯金酸与柠檬酸钠的比例，从而获得不同粒径窄分散的金纳米粒子。该方法用一种还原剂合成了不同粒径的金纳米粒子，且所需时间短，只有常规的回流法的十分之一。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。
技术介绍
由于无机纳米粒子(金，银，量子点等)具有特殊的物理和化学性质，近十年来被广泛的应用于各种纳米技术，生物纳米技术和生物医学检测技术等领域(化学综述，Chem.Rev.，2004，104，293-346；Chem.Rev.，2005，105，1547-1562)，而合成高质量(形状规则，粒径窄分散)的无机纳米粒子是这些应用的重要基石。目前，对金纳米粒子的粒径控制，主要通过改变还原剂的种类，例如以硼氢化钠为还原剂获得8nm以下的金纳米粒子，以柠檬酸钠为还原剂回流法获得13nm以下的金纳米粒子；调节还原剂/稳定剂与卤金酸的比例，例如，当以柠檬酸钠为还原剂，改变柠檬酸钠与氯金酸的比例可获得13-40nm的金纳米粒子。(自然，Nature，1973，241，20-22)。但这些方法很难获得的粒径窄分散的金纳米粒子，且需较长的反应时间，通常为2小时以上。近几年来微波加热也逐渐被应用到纳米粒子合成中，用该法可以获得分散性较好的纳米粒子，但反应体系都较为复杂，如通常都需要在反应混合物中加入稳定剂(通常为高分子化合物或有机小分子)来控制纳米粒子的粒径(材料化学，Chem.Mater.，2000，12，564；材料通讯，Mater.Lett.，2005，59，4048)。通过这类方法获得的纳米粒子由于表面存在稳定剂，从而限制该类纳米粒子的进一步应用。
技术实现思路
由于柠檬酸钠是一种比较温和的还原剂，因此在用柠檬酸钠还原氯金酸制备金纳米粒子通常要对反应体系长时间的回流。但是通过回流法所获得的纳米粒子通常分散性很差，粒径分布很宽。本专利技术利用微波加热的特殊性，通过对反应条件的优化，成功合成了不同粒径窄分散金纳米粒子。本专利技术的目的是提供一种。实现本专利技术的方法的具体的技术方案如下(1)、本专利技术提供了一个获得金纳米粒子的粒径Y(nm)与柠檬酸钠/氯金酸的mol比值X的公式为Y＝8.55+101.5/(1+1.6X5)；要获得需要粒径的金纳米粒子，相应的只要按照本专利技术提供的上述公式来选择檬酸钠/氯金酸的mol比值，即可得到所需要粒径的金纳米粒子。(2)、按配比将柠檬酸钠与氯金酸液混合于反应器内，密封，然后将反应器放入微波反应器，在1分钟内快速升温至120-140摄氏度，并控制压力在1.3MPa下反应5分钟，快速冷却，即在2分钟内温度由120-140摄氏度降为25摄氏度，中止反应，取出反应器，可得到所需粒径的金纳米粒子。例如，若得到粒径在80到8nm的不同粒径的金纳米粒子；其步骤(1)为相应的只要根据公式Y＝8.55+101.5/(1+1.6X5)，先计算出柠檬酸钠/氯金酸的mol比值X＝0.8-4.0；其步骤(2)与上述的步骤(2)相同。通过调节柠檬酸钠与氯金酸配比来控制纳米粒子的粒径。在0.8-4.0配比范围内，可得到粒径在80到8nm的不同粒径的金纳米粒子；利用微波加热合成纳米粒子，其关键步骤是控制反应混合物的温度和压力。本专利技术通过对实验条件的优化，选择120-140摄氏度的温度区间和1.3MPa为反应条件。通过透射电镜(TEM)表征获得金纳米粒子的实际样品的粒径和分散度。本专利技术的有益效果明显(1)本专利技术提供了一个获得金纳米粒子的粒径Y(nm)与柠檬酸钠/氯金酸的mol比值X的公式为Y＝8.55+101.5/(1+1.6X5)；要获得需要粒径的金纳米粒子，相应的只要按照本专利技术提供的上述公式来选择檬酸钠/氯金酸的mol比值，即可得到所需要粒径的金纳米粒子。(2)本专利技术提供利用微波加热合成纳米粒子，与常规的加热方法相比，微波可以对反应混合物整体快速加热，快速冷却，因此可以提高化学反应的速率，产率以及反应的选择性，并有利于大规模的工业合成。附图说明图1是金纳米粒子的粒径Y(nm)与柠檬酸钠/氯金酸比值(X)的关系曲线。图2是用本专利技术的方法合成的具有代表性的几种不同粒径的金纳米粒子透射电镜图。其中，A是8nm；B是13nm；C是30nm；D是60nm；E是80nm。图3是图2中A、B、C、D、E纳米粒子的对应粒径分布图。实施例1合成8nm的金纳米粒子柠檬酸钠与氯金酸的mol配比为4.0，将2.5毫升的2毫摩尔/升的氯金酸与2.5毫升的8毫摩尔/升柠檬酸钠溶液混合于试管内，密封。然后将试管放入微波反应器，在1分钟内快速升温至120摄氏度，并控制压力在1.3MPa下反应5分钟后快速冷却，即在2分钟内温度由120摄氏度降为25摄氏度，中止反应。取出试管，反应混合物由原来的淡黄色变为酒红色，代表8nm金纳米粒子生成。通过透射电镜(TEM)表征获得金纳米粒子的粒径为7.7±0.7nm。实施例2合成13nm的金纳米粒子柠檬酸钠与氯金酸的mol配比为1.7，将2.5毫升的2毫摩尔/升的氯金酸与2.5毫升的3.5毫摩尔/升柠檬酸钠溶液混合于试管内，密封。然后将试管放入微波反应器，在1分钟内快速升温至130摄氏度，并控制压力在1.3MPa下反应5分钟后快速冷却，即在2分钟内温度由130摄氏度降为25摄氏度，中止反应。取出试管，反应混合物由原来的淡黄色变为深酒红色，代表13nm金纳米粒子生成。通过透射电镜(TEM)表征获得金纳米粒子的粒径为13.0±1.0nm。实施例3合成30nm的金纳米粒子柠檬酸钠与氯金酸的mol配比为1.2，将2.5毫升的2毫摩尔/升的氯金酸与2.5毫升的2.4毫摩尔/升柠檬酸钠溶液混合于试管内，密封。然后将试管放入微波反应器，在1分钟内快速升温至135摄氏度，并控制压力在1.3MPa下反应5分钟后快速冷却，即在2分钟内温度由135摄氏度降为25摄氏度，中止反应。取出试管，反应混合物由原来的淡黄色变为深酒红色，代表30nm金纳米粒子生成。通过透射电镜(TEM)表征获得金纳米粒子的粒径为30.1±2.9nm。实施例4合成60nm的金纳米粒子柠檬酸钠与氯金酸的mol配比为0.9，将2.5毫升的2毫摩尔/升的氯金酸与2.5毫升的1.8毫摩尔/升柠檬酸钠溶液混合于试管内，密封。然后将试管放入微波反应器，在1分钟内快速升温至135摄氏度，并控制压力在1.3MPa下反应5分钟后快速冷却，即在2分钟内温度由135摄氏度降为25摄氏度，中止反应。取出试管，反应混合物由原来的透明的淡黄色溶液变为棕红色胶体，并可观察到紫色散射光，代表60nm金纳米粒子生成。通过透射电镜(TEM)表征获得金纳米粒子的粒径为58.7±5.8nm。实施例5合成80nm的金纳米粒子柠檬酸钠与氯金酸的mol配比为0.8，将2.5毫升的2毫摩尔/升的氯金酸与2.5毫升的1.6毫摩尔/升柠檬酸钠溶液混合于试管内，密封。然后将试管放入微波反应器，在1分钟内快速升温至140摄氏度，并控制压力在1.3MPa下反应5分钟后快速冷却，即在2分钟内温度由140摄氏度降为25摄氏度，中止反应。取出试管，反应混合物由原来的透明的淡黄色溶液变为棕红色胶体，并可观察到兰紫色散射光，代表80nm金纳米粒子生成。通过透射电镜(TEM)表征获得金纳米粒子的粒径为79.9±10.9nm。权利要求1，一种金纳米粒子的合成方法，其特征在于，其步骤和条件为(1)、提供了一个获得金纳米粒子的粒径Y(nm)与柠檬酸钠/氯金酸的mol比值X的公式为Y＝8.55+101.5/(1+1.6本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金纳米粒子的合成方法，其特征在于，其步骤和条件为：（１）、提供了一个获得金纳米粒子的粒径Ｙ（ｎｍ）与柠檬酸钠／氯金酸的ｍｏｌ比值Ｘ的公式为：Ｙ＝８．５５＋１０１．５／（１＋１．６Ｘ５）；要获得需要粒径的金纳米粒子，相应的只要按照 本专利技术提供的上述公式来选择檬酸钠／氯金酸的ｍｏｌ比值。（２）按ｍｏｌ配比将柠檬酸钠与氯金酸液混合于反应器内，密封，然后将反应器放入微波反应器，在１分钟内快速升温至１２０－１４０摄氏度，并控制压力在１．３ＭＰａ下反应５分钟，快速冷却， 即在２分钟内温度由１２０－１４０摄氏度降为２５摄氏度，中止反应，取出反应器，可得到所需粒径的金纳米粒子。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王振新，刘殿骏，张泽实，孙琳琳，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：82[中国|长春]