一种制备单分散金纳米分支结构材料的方法
由于独特的物理化学性质以及其在催化、电子、传感、成像及生物医药等方面潜在的应用价值，贵金属纳米颗粒一直受到科学家的关注。在各种各样的贵金属纳米材料中，纳米尺度的金纳米材料由于其独特的尺寸和形貌依靠的局域表面等离子体共振性质(LSPR)成为研究热点。目前为止，各种各样的合成方法已经被发明，合成出了多种形态的金纳米结构:球型、立方型、八面体型、棒状、盘状、星型、分支型和花型等。分支型金纳米结构是由两部分组成:核和分支。金纳米分支结构的独特结构赋予了其特殊的光学性质。分支型金纳米结构的核起到天线的作用，在分支的顶端产生增强的电磁场，因此此种结构在表面拉曼增强方面有较大的应用潜力。此外，分支型金纳米结构的表面分支的长度和数目对局域表面等离子体共振性质有较大影响。因此，可以通过调节核的尺寸和表面分支的拓扑结构对金纳米结构的局域表面等离子体共振性质进行控制。目前，已经有很多关于分支型金纳米结构合成的文献报道，Park等人报道了利用间苯二酚衍生物合成了分支型纳米金结构，但是制备的金纳米分支结构单分散性、均一性较差，不能对纳米金表面进行调节。
本文的目的是提供一种制备单分散金纳米分支结构材料的方法。具体技术方案如下：将0.15mL由用量比为2g =ImL的HAuCl4和水组成的HAuCl4水溶液加入到30mL超纯水中，混合溶液边搅拌边加热，溶液沸腾以后快速加入0.375mL由用量比为2g =ImL的柠檬酸钠和水组成的柠檬酸钠溶液，反应进行30min以后得到红色金溶胶，停止加热，室温自然冷却，得到柠檬酸钠保护的含有直径为20nm的金纳米颗粒的溶液，此溶液在下一步直接使用。所述结构导向剂与氯金酸的投料摩尔用量比为1-4:1，具体为2.4:1 ; 还原剂与氯金酸的投料摩尔用量比为0.2-1.4:1，具体为1:1；柠檬酸钠保护的金纳米种子与氯金酸的投料摩尔用量比为0.012-0.24，具体为 0.012:1；还原反应步骤中，温度为室温；时间为6-18小时,具体为12小时。通过调节反应体系中金种子的浓度，可以得到不同表面分支长度的金纳米分支结构。如生长液中C18N3和氯金酸的摩尔比例为2.4:1时，加入0.05mL金种子，加入0.0lmL(0.1M)的抗坏血酸，可以得到单分散性好、表面分支长、分支密度大的金纳米分支结构。通过调节加入的抗坏血酸的量，可以得到不同表面分支长度和密度的金纳米分支结构。如生长液中C18N3和氯金酸的摩尔比例为2.4:1时，加入0.2mL金种子，加入0.002mL(0.1M)的抗坏血酸，可以得到表面超长分支的金纳米分支结构，紫外-可见吸收在IlOOnm。
本方案应用种子生长法提供了一种制备金纳米分支结构材料的方法。该方法具有条件简单、操作方便、产物纯度高、单分散性好以及表面分支结构可控等优点。可在常温条件下短时间内制备出形貌可控的金纳米分支结构材料。所得到的金纳米结构可以通过改变加入金纳米种子的量和还原剂的量进行调节，可以得到不同表面分支长度和密度的金纳米结构。用本方法合成金纳米分支结构的表面分支为纳米棒状，并且为单晶结构。与现有方法相比，具有以下优势:操作简单、成本低廉、不需要任何添加物质、产物产率高(近100%)并且可以大量合成(一次IOOOmL,可以更大)，通过调节加入的金种子的量和抗化学酸的量，可以得到不同表面分支长度和密度的金纳米分支结构，得到的金纳米分支结构的紫外-可见吸收峰可在530-1100nm之间进行改变。