一种金纳米粒子单分子膜层结构的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种金纳米粒子单分子膜层结构的制备方法，包括以下步骤：将HAuCl4、表面活性剂和还原剂引入到多元醇中，混匀，加热形成Au纳米晶体混合溶液；加入HAuCl4溶液进行化学刻蚀，获得单分散的金纳米溶液；加入无水乙醇，形成纳米金颗粒AuNPs，将Au NPs再分散到1

【技术实现步骤摘要】
一种金纳米粒子单分子膜层结构的制备方法


[0001]本专利技术属于金纳米粒子
，具体涉及一种金纳米粒子单分子膜层结构的制备方法。

技术介绍

[0002]Au纳米粒子(NPs)在二维单层膜中的常规组装近年来受到越来越多的关注，因为它们在化学和生物传感器、光催化、光子、电子器件等方面具有潜在的应用前景。这些二维周期性Au NP阵列可以在相邻Au NP之间引起强的可调近场耦合表面等离子体共振(SPR)，从而产生一些新的物理特性，例如，具有六边形密排(HCP)排列的Au NP阵列表现出特定的光学共振，并诱导产生分布相对均匀的“热点”，这是非常有用的表面增强拉曼散射。
[0003]迄今为止，各种“自下而上”的自组装方法已经被开发出来，以制备Au NP阵列薄膜，包括滴铸法、溶剂蒸发的咖啡环的模式、自发油水界面自组装、和朗缪尔
‑
布洛杰特(LB)技术。值得注意的是，超大规模的2D Au NP阵列(>cm2)的制造，代表了将纳米粒子集成到具有新功能的光学器件中的重大一步，例如，用于传感器和纳米光子学的等离子体超材料中，LB技术和油水界面自组装技术可以有效地实现可转移的大规模Au NP阵列。但是，LB技术需要特殊和精确的设备，通常仅限于疏水纳米粒子。油水界面自组装仅适用于亲水纳米粒子，形成的纳米阵列膜易碎，当油相完全蒸发时易断裂。此外，这种自组装过程通常会因油相蒸发而对环境造成危害，这极大地限制了其进一步应用。
[0004]现有关于空气
‑
水界面上的单分子膜层，主要是针对某一种粒径、尺寸的金纳米粒子，如CN105731370A、CN113416546A等等，所涉及的技术均是基于溶液的表面张力以及溶剂极性的改良。
[0005]LB技术等需要特殊和精确的设备，通常仅限于疏水纳米粒子。油水界面自组装仅适用于亲水纳米粒子，形成的纳米阵列膜易碎，当油相完全蒸发时易断裂。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种金纳米粒子单分子膜层结构的制备方法，该制备方法在单分散的金纳米溶液中加入乙醇，利用毛细管梯度诱导自组装策略，采用合适的有机溶剂对金膜的压缩，制成金纳米粒子单分子膜层结构，该方法操作简单，形成后的金膜排列紧密，取用方便，无咖啡环效应。
[0007]本专利技术的上述目的可以通过以下技术方案来实现：一种金纳米粒子单分子膜层结构的制备方法，包括以下步骤：
[0008](S1)将Au的前驱体HAuCl4、表面活性剂和还原剂引入到多元醇中，混匀，得混合液，将混合液加热以形成Au纳米晶体混合溶液；
[0009](S2)在Au纳米晶体混合溶液中加入HAuCl4溶液进行化学刻蚀，获得单分散的金纳米溶液；
[0010](S3)在单分散的金纳米溶液中加入无水乙醇，形成纳米金颗粒AuNPs，将Au NPs再
分散到1
‑
丁醇中，形成金纳米悬浊液，将金纳米悬浊液连续滴入容器边缘附近的水面，静置待1
‑
丁醇挥发完全，将有机溶剂快速连续地添加到水面上，得到金纳米粒子单分子膜层结构。
[0011]在该金纳米粒子单分子膜层结构的制备方法中：
[0012]优选的，步骤(S1)中所述表面活性剂为聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)。
[0013]优选的，步骤(S1)中所述还原剂为HCl溶液或柠檬酸钠溶液。
[0014]优选的，步骤(S1)中所述多元醇为乙二醇。
[0015]优选的，步骤(S1)中所述前驱体HAuCl4在混合液中的终浓度为0.3mol/L～0.6mol/L，所述表面活性剂在混合液中的终浓度为15mol/L～30mol/L，所述还原剂在混合液中的终浓度为3
×
10
‑3mol/L～6
×
mol/L。
[0016]优选的，步骤(S1)中将混合液在水浴或在190℃～200℃油浴中不搅拌加热20min～40min，至溶液呈淡红色以形成Au纳米晶体混合溶液。
[0017]优选的，步骤(S2)中在Au纳米晶体混合溶液中加入HAuCl4溶液进行化学刻蚀，以去除Au纳米晶体的角和/或锐边，其中所述HAuCl4溶液的浓度为0.0025mol/L～0.0250
×
10
‑3mol/L，刻蚀时间为1min～5min。
[0018]更佳的，步骤(S2)中在Au纳米晶体混合溶液中加入HAuCl4溶液进行化学刻蚀，获得单分散的金纳米球液；其中所述HAuCl4溶液的浓度为0.0125
×
10
‑3mol/L，刻蚀时间为2min。
[0019]优选的，步骤(S3)中乙醇的加入量为30～50μL，步骤(S3)中所述1
‑
丁醇加入量为0.5～3mL。
[0020]优选的，步骤(S3)中所述容器为敞口容器，步骤(S3)中用移液管将金纳米悬浊液连续滴入容器边缘空气水界面处。
[0021]优选的，步骤(S3)中静置，随着1
‑
丁醇溶剂在水面上的扩散和蒸发，Au NPs由于强大的毛细管力被困在空气
‑
水界面中，等待8～12h至1
‑
丁醇挥发完全，将有机溶剂快速连续地添加到水面上，得到金纳米粒子单分子膜层结构，其中所述有机溶剂为乙醇、丙酮或甲醇。
[0022]更佳的，步骤(S3)中所述金纳米粒子单分子膜层结构为具有六方紧密排列(HCP)的AuNPs金纳米球阵列。
[0023]作为本专利技术中一种优选的实施方案，本专利技术中为了获得高质量的Au的HCP纳米球(具有六方紧密排列的AuNPs)阵列薄膜，需要将金纳米粒子在溶剂中充分分散。用阳离子PDDA(聚二烯丙基二甲基氯化铵)表面活性剂包覆的Au NPs在非极性溶剂，即1
‑
丁醇中直接分散时，容易聚集在一起。为了解决这个缺点，一种合适的二次混相乙醇被引入到溶剂中作为添加剂，而不是通过与其他表面活性剂或聚合物交换PDDA涂层。当Au NPs直接分散在1
‑
丁醇中而不加入乙醇时，Au NPs在悬浮液中存在中度团聚将这种Au NP
‑
丁醇悬浮液滴在水面上，随着溶剂的扩散和蒸发，可以直接观察到困在水面上的Au NPs的聚集状态。在Au NP
‑
丁醇悬浮液中加入乙醇(10～200μL)，悬浮的相对颜色由蓝红色变为砖红色。将分散良好的Au NPs悬浮液在水面上展开，得到均匀但非密集的Au NPs单层，明显占据整个水面。
[0024]本专利技术研究了不同溶剂在压缩过程中对形成HCP金纳米球阵列的影响。制备的网状金纳米球漂浮在水面上，并分别用有机溶剂对其进行压缩。所使用的有机溶剂具有相似
的表面张力，但不同的蒸汽压和在水中的溶解度，显然，当压缩溶剂如乙醇、甲醇和丙酮与水混溶时，很容易在水面上得到漂浮致密的金纳米球单层膜。相反，当压缩溶剂不溶或微溶于水时，如正己烷和氯仿，所得到的非密实Au NP薄膜难本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金纳米粒子单分子膜层结构的制备方法，其特征是包括以下步骤：(S1)将Au的前驱体HAuCl4、表面活性剂和还原剂引入到多元醇中，混匀，得混合液，将混合液加热以形成Au纳米晶体混合溶液；(S2)在Au纳米晶体混合溶液中加入HAuCl4溶液进行化学刻蚀，获得单分散的金纳米溶液；(S3)在单分散的金纳米溶液中加入无水乙醇，形成纳米金颗粒AuNPs，将Au NPs再分散到1
‑
丁醇中，形成金纳米悬浊液，将金纳米悬浊液连续滴入容器边缘附近的水面，静置待1
‑
丁醇挥发完全，将有机溶剂快速连续地添加到水面上，得到金纳米粒子单分子膜层结构。2.根据权利要求1所述的金纳米粒子单分子膜层结构的制备方法，其特征是：步骤(S1)中所述表面活性剂为聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)。3.根据权利要求1所述的金纳米粒子单分子膜层结构的制备方法，其特征是：步骤(S1)中所述还原剂为HCl溶液或柠檬酸钠溶液。4.根据权利要求1所述的金纳米粒子单分子膜层结构的制备方法，其特征是：步骤(S1)中所述多元醇为乙二醇。5.根据权利要求1所述的金纳米粒子单分子膜层结构的制备方法，其特征是：步骤(S1)中所述前驱体HAuCl4在混合液中的终浓度为0.3mol/L～0.6mol/L，所述表面活性剂在混合液中的终浓度为15mol/L～30mol/L，所述还原剂在混合液中的终度为3
×
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‑3mol/L～6
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‑3mo...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶丙刚，刘岩，詹菲，李攀，李威，施霞，何承剑，胡国生，戴春平，刘智明，郭周义，
申请(专利权)人：广东食品药品职业学院，
类型：发明
国别省市：