不同氯金酸浓度下制备的金纳米粒子链TEM图像
多年来, 金属纳米粒子的研究不仅注重不同尺寸纳米粒子的合成, 而且在提高尺度依赖的性能上也进行了深入的探索. 最近, 该研究的重点集中在将金属纳米粒子组装成一定的空间结构, 如纳米线、纳米管、二维,Zhong等顺利将金纳米粒子组装成一维的纳米线, 而Ramandth等则在金纳米粒子的水溶液中通过加入甲苯, 在室温条件下获得了金纳米粒子的一维纳米线. 许多方法可以用来组织和组装一维和多维结构, 如模板法, DNA诱导生物合成法, 光固化法等. 实现金纳米粒子组装的驱动力是多种多样的, 氢键、离子对、主-客体识别、偶极-偶极作用、金属键配位等均被用于金纳米粒子多维结构的组装.
传统的金纳米粒子空间结构组装几乎都是以模板组装为基础的, 然而, 无论在溶液中使用的提供识别或者相互作用的配体分子软模板, 还是以固体表面为基础的硬模板,都是金纳米粒子空间结构组装过程所必须的, 对于非模板存在下金纳米粒子自组装成多维结构的研究较少. 硬模板在金属纳米粒子空间结构形成中的作用没有什么争议, 因为它确实担当了支撑作用;而对于软模板的作用争议比较大, 但普遍认为, 在空间结构形成过程中,只要吸附或者键合到金纳米粒子表面的配体分子之间, 在空间结构形成时不提供驱动力,就可以认为配体分子仅仅作为稳定剂来使用, 而不起模板的作用.
南开大学化学系何锡文等人在没有模板存在的条件下, 只用表面活性剂为稳定剂,制备了一维的金纳米粒子链, 详细考察了链状结构形成时各种试剂浓度、种类及其它外部条件对纳米粒子链形成的影响. 实验发现, 在HAuCl4浓度1～5 mmol•L－1、十二烷基磺酸钠(SDS)浓度在2～8 mmol•L－1 (小于其CMC)范围内, 温度由60℃0.5 h内升高到100℃, 并在升温时间内分次将还原剂加完, 反应完成后不老化立即冷却到室温, 可以获得一维金纳米粒子链. 采用紫外可见光谱(UV-Vis)、同步光散射光谱和发射光谱等手段对金纳米粒子链的光学特性进行了研究, 用高分辨透射电子显微镜(HRTEM)研究了金纳米粒子的外观和粒径分布, 结果表明制备的金纳米粒子链是错落有致的链状结构, 结节处可以观察到金原子的排列晶格, 说明金纳米粒子的链状连接不是外部分子作用的结果; 表面等离子体共振吸收峰出现红移现象, 且随着链长的增加红移越明显;具有非常强的光散射特性, 散射光强度比浓度相同的金纳米粒子高8倍; 发射光谱中明显观察到其三级散射, 表明其具有很好的非线性光学特性. 对金纳米粒子链的形成机理进行了探讨, 认为表面活性剂烷基亲油作用和金原子的聚集作用相互竞争是链状结构形成的原因.