金纳米颗粒的合成方法

金纳米颗粒的盐酸羟胺种子合成法

摘要：本文描述了粒径在30nm到100nm的金纳米颗粒合成方法。通过种子生长法盐酸羟胺作为还原剂合成不同大小的金纳米颗粒。其大小由种子和氯金酸的浓度决定。此方法合成的金纳米颗粒单分散性优于柠檬酸钠作还原剂的一步合成法。重要的是，表面被修饰过的金纳米颗粒也可通过上述方法长大。

许多科学家和工程师都在关注金纳米颗粒的特殊的物理性质。在颗粒组装和膜的形成方面，单分散的金纳米颗粒有着很重要的地位。厚度为45-60nm的金膜表现出角度相关的等离子体共振。柠檬酸钠合成的10-20nm金纳米颗粒单分散性很好。但是此方法合成的更大的金纳米颗粒（粒径在40nm到120nm）单分散性变差,其颗粒浓度小，而且颗粒的真实粒径与预测的粒径相差比较大。

我们所提供的方法是通过种子生长发盐酸羟胺还原氯金酸合成金纳米颗粒。在热力学上，盐酸羟胺是能够还原氯金酸为金单质，金纳米颗粒表面可以加速这个反应的发生。这样，实现了成核和生长两个阶段分离，如图1。此方法的优势在于：ⅰ 此方法合成的金纳米颗粒单分散性优于Frens的柠檬酸钠合成法合成的；ⅱ 能很好的预测金纳米颗粒的粒径；ⅲ 能很好的应用到表面修饰的金纳米颗粒。

图1 金纳米颗粒的生长过程

紫外吸收光谱可以很好监测金纳米颗粒合成的整个过程。图2表明加入17nM，12nm的种子后，盐酸羟胺与氯金酸反应的过程。上面的吸收光谱是以10s的间隔记录的，金纳米颗粒的等离子体共振峰的强度增长很明显。这些改变可能是颗粒增长或者新的金纳米颗粒的形成引起的。下面的吸收光谱是氯金酸和盐酸羟胺混合物30min前后的紫外吸收光谱。没有出现金纳米颗粒的紫外吸收峰，说明没有新的金纳米颗粒核生成。因此，在520nm金纳米颗粒的吸收峰增强是由于

金纳米颗粒的长大。小的吸收峰是棒状金纳米颗粒形成造成的。

在大约2min后，金纳米颗粒的吸收峰强度达到最大值。再加入一定量的氯金酸后，30s的间隔记录表明颗粒继续增长。电镜表明氯金酸被还原成金单质，粒径与预测的粒径相差不大。

图2 0.050ml17nM12nm的金纳米颗粒加入2.40ml0.01%的氯金酸和0.100ml40mM

盐酸羟胺混合物后的紫外吸收光谱 表1 两种方法合成的金纳米颗粒参数对比

表1比较了盐酸羟胺种子生长法和柠檬酸钠一步生长法得到的金纳米颗粒的各项参数。随着颗粒的增大，金纳米颗粒的紫外吸收峰发生红移，这与理论一

致。Frens的方法合成的金纳米颗粒有一个相当宽的颗粒分布，半分宽和轴径比的变大也能表明这一点。

表面修饰过的金纳米颗粒也能用上述方法长大。图2是12nm的三甲氧基甲硅烷修饰过的金纳米颗粒种子通过盐酸羟胺还原氯金酸长大后的原子力显微镜图。从图中可以看到，在x-y方向上金纳米颗粒被拉伸变大，但是其高度是准确的。粒径大约为50nm的金颗粒彼此是分开的。

用表面修饰过的金纳米颗粒作种子合成的50nm金颗粒的原子力显微镜图

结论：

通过种子生长法盐酸羟胺作为还原剂可以合成比较大的金纳米颗粒。合成的金纳米颗粒的单分散性明显优于Frens的柠檬酸钠法合成的。表面被修饰过的金纳米颗粒也可通过上述方法长大，这个工作的详细研究会在以后完成。

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