在平板金基质上构建硅壳过程示意图
具有纳米结构的核-壳类化合物是一类令人感兴趣且日益受到重视的材料, 可用于开发催化剂、光电装置和传感器. 许多研究小组已经设计出多种方法来制备这种类型材料. 特别是金属-硅类核-壳结构因其具有多功能而占据核心地位, 这类核-壳结构通常通过液相反应过程制备. 在金纳米粒子表面制备硅壳大体有三种方法: 一是通过四乙氧基硅烷的直接水解和浓缩; 二是通过使用含有氨基的硅烷偶联剂, 如3-氨丙基-三乙氧基硅烷来修饰金纳米粒子表面使其玻璃体化, 再进行SiO2的沉积和还原增厚; 三是先加入硅酸钠溶液, 使硅酸根在金纳米粒子表面沉积形成SiO2晶核, 再加入一定量的乙醇水溶液[V(乙醇)∶V(水)＝4∶1 ]使硅酸根转化为含水的硅酸Si(OH)4, 形成的硅酸能快速在溶液中聚集并沉积到金纳米粒子表面形成硅壳, 最后利用Stöber法进一步使硅壳增厚.
但是上述制备过程均是在纳米级表面完成的, 若要在9cm2左右的“巨大”平板金基质上均匀地构筑硅壳, 必须首先均匀地修饰该基质. 由于3-氨丙基-三乙氧基硅烷不能均匀、致密地在如此大的平板金基质上形成自组装单分子层,辽宁大学化学学院夏立新等人成功地在平板金基质上构筑了硅壳. 在构筑硅壳前, 首先通过形成Au—S键将具有双官能团的4-巯基苯甲酸自组装到金膜上, 再通过静电吸附, 将3-氨丙基-三乙氧基硅烷偶连到4-巯基苯甲酸的末端羧基上, 然后通过碱催化水解3-氨丙基-三乙氧基硅烷和四乙氧基硅烷, 形成交联的Si—O—Si键, 构筑成硅壳. 利用原子力和扫描电子显微镜表征了硅壳的形貌, 利用红外和X射线光电能谱研究了它的结构. 此硅壳易于衍生成不同官能团的探针, 可进一步用来构建分子传感和识别单元.