合成不同粒徑大小的金納米粒子的分析研究

田茂杰，向小芳（成都理工大學材料與化學化工學院，四川 成都 610059）

1 實驗部分

1.1 儀器及試劑

電子分析天平、pH計、恒溫磁力攪拌器、紫外-可見光譜儀、掃描電子顯微鏡等儀器；聚二烯丙基二甲基氯化銨（PDDA）、氧化銦錫導電玻璃（ITO）、氯金酸，檸檬酸鈉、草酸鈉、硼氰化鈉、氫氧化鈉、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、濃硝酸、濃鹽酸等試劑。

1.2 實驗步驟

1.2.1 還原法合成納米金

將制備納米金所用的玻璃儀器、磁力攪拌子等全部用王水浸泡24 h，再用去離子水清洗三遍清洗干凈，并在烘箱中100℃加熱烘干待用。

（1）6 nm納米金的合成：在冰浴中取100 mL質量分數(shù)為0.01%的HAuCl4加入到250 mL錐形瓶并劇烈攪拌的氯金酸溶液，然后加入1.00 mL 1%檸檬酸鈉反應1 min，再加入1 mL 0.375%硼氫化鈉[3]（NaBH4溶解在1%檸檬酸鈉中），繼續(xù)劇烈攪拌15 min，得到6 nm的納米金備用。

（2）21 nm、32 nm、42 nm 納米金的合成[3-4]：取50 mL 0.01%氯金酸溶液加到100 mL錐形瓶中，攪拌加熱待溶液至沸騰，再分別快速地加入1%的檸檬酸鈉 0.5 mL、0.75 mL、0.5mL，保持沸騰15 min，再繼續(xù)攪拌冷卻至室溫備用。

1.2.2 晶種生長法合成納米金

大粒徑的納米金由于采用檸檬酸鈉直接還原容易聚集，導致粒徑不均勻且分散性不好，而晶種生長法正好能克服此問題，因此合成較大粒徑納米金采用晶種生長法[4]更合適。

（1）金溶膠晶種的制備：將4 mL濃度為1.0×10-4g/mL氯金酸水溶液加水稀釋到40 mL，再將其倒入100 mL錐形瓶中劇烈攪拌下加熱到80℃；加入0.4 mL 1%的檸檬酸三鈉溶液，繼續(xù)加熱10 min后冷卻至室溫即可。

（2）單分散膠體金的制備：在錐形瓶中加入30 mL濃度為1.0×10-4g/mL氯金酸溶液和剛制備的1 mL金溶膠晶種，然后在劇烈攪拌下將溶液加熱至沸騰，緊接著加入0.1 g PVP，5 min后加入強還原劑NaBH40.6 mL，繼續(xù)攪拌加熱10 min，最后室溫冷卻即可。

1.2.3 納米金的表征

將合成的不同粒徑納米金粒子修飾到切割成0.5 cm×2.5 cm的小片ITO電極上，通過掃描電子顯微鏡得到其形貌，將合成的不同粒徑納米金粒子通過紫外-可見光譜得到吸收峰波長和均勻度等重要信息。

2 結果與討論

紫外-可見光譜和掃描電子顯微鏡對高分散的金屬納米顆粒和締合態(tài)存在的金屬納米顆粒有著不同的信息響應[6-7]，通過分析紫外-可見譜圖和掃描電子顯微鏡圖，可以從中得到顆粒粒度和分散性等重要信息。圖1為對合成的納米金溶膠體溶液的紫外-可見吸收光譜表征結果；圖2為對合成的納米金溶膠體溶液的掃描電鏡表征結果。

圖1不同粒徑納米金的紫外可見吸收光譜圖

圖2 不同粒徑納米金掃描電子顯微鏡圖

從圖1中可以看出，在波長為520 nm附近出現(xiàn)的特征吸收峰，可被指認為金納米粒子的等離子體共振紫外吸收特征峰，此吸收峰的曲線形狀、出峰位置與納米金顆粒的粒徑大小、分散狀態(tài)以及顆粒形狀有著密切相關[6]。當用NaBH4作為還原劑還原氯金酸合成的納米金最大吸收峰如圖1（a）出現(xiàn)在 506 nm，SEM 成像如圖2-（B）表明此類納米金的粒徑為6 nm。當用檸檬酸鈉作為還原劑合成納米金時，納米金膠體溶液的最大吸收峰的位置如圖1（b）（c）（d）分別出現(xiàn)在 518 nm，522 nm，526 nm，且隨著檸檬酸鈉用量的減小，最大吸收波長向長波方向移動，如圖2-（C-D-E）所示，SEM成像表明其粒徑分別為21 nm，32 nm，42 nm。隨著合成金納米粒子的還原劑用量的減少，其顆粒直徑逐漸增大，測得的納米金溶膠紫外-可見吸收光譜峰逐漸向長波方向移動，這與理論結果也是保持一致。采用晶種生長法合成的大粒徑納米金的最大吸收峰如圖1（e）出現(xiàn)在552 nm，SEM成像如圖2-（F）表明其粒徑分別為65 nm。

3 結論

通過硼酸氫鈉和檸檬酸鈉還原成功合成出粒徑10～50 nm之間的納米金，通過利用晶種法合成了不易聚集的大粒徑納米金，并利用掃描電子顯微鏡和紫外-可見光譜儀表征了其形貌大小和顆粒分散性，結果表明合成的納米金粒徑均勻，且分散性良好。

參考文獻：

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