CN108372314B

CN108372314B - 一种高sers活性中空金银合金纳米粒子的制备方法

Info

Publication number: CN108372314B
Application number: CN201810268295.9A
Authority: CN
Inventors: 高友良; 胡伯文
Original assignee: Jingdezhen Ceramic Institute
Current assignee: Jingdezhen Ceramic Institute
Priority date: 2018-03-29
Filing date: 2018-03-29
Publication date: 2021-03-12
Anticipated expiration: 2038-03-29
Also published as: CN108372314A

Abstract

本发明公开了一种高SERS活性中空金银合金纳米粒子的制备方法，首先通过多元醇工艺制备银纳米立方体为模板，再以去离子水为溶剂，PVP为稳定剂，抗坏血酸为还原剂。通过银单质与氯金酸溶液间的电流置换反应，以及抗坏血酸还原沉积银离子和氯金酸的双重作用得到了外壁完整，内部空心的立方体型金银合金纳米粒子；该中空金银合金纳米粒子的制备工艺简单、方便，过程可控；金银合金特性使得该纳米粒子稳定性高，能抵抗强氧化试剂（如H₂O₂）的刻蚀，应用范围更广泛；具有尖锐的角和棱的立方体结构使得该纳米粒子具有高SERS活性，检测灵敏度高，可以对微量有害食品添加剂进行拉曼检测，因此具有良好的应用前景。

Description

一种高SERS活性中空金银合金纳米粒子的制备方法

技术领域

本发明属于食品安全检测技术领域，具体涉及一种高SERS活性中空金银合金纳米粒子的制备方法。

背景技术

银纳米材料具有独特的光学性质、电学性质、催化性质以及优异的传感能力和生物检测能力，因此各种形貌的银纳米材料受到了广泛研究。相比于球形、米粒型、棒状、带状、线状等形貌，立方体型的银纳米粒子最受关注。银纳米立方体棱角尖锐、形貌均匀，可以作为高灵敏的局域等离子传感和表面增强拉曼基底。但是Ag单质不稳定，容易被H₂O₂、O₂、卤素等氧化剂氧化为银离子，导致晶体结构破坏，尤其是对银纳米立方体尖锐棱角的刻蚀，大大降低了其SERS活性。并且Ag单质被氧化产生的银离子有毒副作用，更限制了其在生物领域的应用。

众所周知，Au纳米晶体具有优良的化学稳定性及良好的生物相容性和无毒副作用，在生物领域具有广泛的应用。人们发现银和金形成金银合金后，银元素的稳定性极大增强，金银合金中的银极难被氧化。因此制备金银合金结构可以得到高稳定性的SERS基底，拓宽银纳米材料的SERS应用范围。作为SERS基底，纳米粒子表面的尖锐棱角是产生强电磁增强的位点，即增强拉曼信号的活性位点。利用银纳米立方体为模板，可以得到保留其立方体结构即具有强电磁增强的尖锐棱角的中空金银合金纳米粒子，该纳米粒子同时具有高稳定性和高SERS活性，在食品检测领域具有重要应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提出一种工艺简单、重复性好、粒子尺寸可控、稳定性高的高SERS活性中空金银合金纳米粒子的制备方法。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案是：一种高SERS活性中空金银合金纳米粒子的制备方法，其特征在于具体步骤为：

步骤一：采用多元醇工艺制备银纳米立方体，将其分散于水中配成质量浓度为7.4g/L的分散液；

步骤二：量取步骤一配制的银纳米立方体分散液10～100 uL与稳定剂PVP和还原剂抗坏血酸在室温下磁力搅拌混合均匀；

步骤三：将步骤二所得溶液持续磁力搅拌均匀后，向其内缓慢滴加氯金酸水溶液，得到边长为45～80nm的中空立方体型金银合金纳米粒子溶胶；

步骤四：将步骤三获得的金银合金纳米粒子溶胶用乙醇和水反复洗涤多次后获得中空金银合金纳米粒子，并将其分散在水中保存。

所述步骤二中稳定剂PVP的分子量为15000、30000、55000中的一种。

所述步骤二中稳定剂PVP的体积为1～20 mL、浓度为0.05～1×10^-2 mol/ L，还原剂抗坏血酸的体积为0.1～5 mL、浓度为0.01～1 mol/ L。

所述步骤三中氯金酸水溶液的体积为0.5～10 mL、浓度为0.1～2 mmol/ L。

所述步骤三中氯金酸水溶液的滴加速度为0.01～0.2 mL/min。

所述步骤四获得的中空金银合金纳米粒子可运用于检测食品中的微量有害添加剂。

所述步骤一制备银纳米立方体的步骤为：将12mL无水乙二醇（EG）加入三口圆底烧瓶中，在160℃下油浴条件下加热 50 min，然后向烧瓶中迅速加入140 uL 浓度为3 mmol/L的Na₂S乙二醇溶液，2min 后连续加入 3 mL 浓度为180 mmol/ L分子量为40000 的PVP乙二醇溶液和 1mL浓度为265 mmol/ L 的AgNO₃乙二醇溶液，整个过程都在磁力搅拌下进行，用紫外可见吸收光谱监测反应进行的程度，当连个特征紫外吸收峰出现在350 nm和435nm附近时，将烧瓶取出浸入冰水浴来终止反应，然后离心分离粒径约为43 nm的银纳米立方体。

本方法制得的中空金银合金纳米粒子具有以下特点：（1）结构可控、粒径均匀；（2）内部空心结构减少了金属元素的用量，降低了材料成本；（3）化学稳定性高，可用于条件苛刻的监测***；（4）具有尖锐的棱和角，SRES活性高，当对氨基苯硫酚（4-ABT）的浓度为10^- ¹¹mol/ L时，仍能检测到其特征峰，对食品中添加剂三聚氰胺的检测灵敏度为10^-8mol/ L；（5）作为SERS基底，通用性强，可以用于检测多种分析物质。

本发明通过氯金酸水溶液与银纳米立方体间的电流置换反应得到了中空金银合金纳米粒子，反应中采用滴定的方式，减慢了静电置换反应的速度，使得加入的金离子和静电置换的银离子同时被还原沉积到模板表面，形成了均匀，无空洞的壁，同时由于该中空结构的外壁为金银合金成分，所以具有高SERS效应，用于微量毒物的检测。本发明该反应条件温和、操作简单、设备要求低并且反应效率高，因此具有良好的应用前景。

附图说明

图1为实施例1制备样品1的紫外可见吸收光谱图；

图2为实施例2制备样品2的紫外可见吸收光谱图；

图3为实施例3 制备样品3的紫外可见吸收光谱图；

图4为实施例1制备样品1的透射电镜照片；

图5为实施例2制备样品2的透射电镜照片；

图6为实施例2制备样品3的透射电镜照片；

图7为实施例1制备样品1的元素分布图；

图8为实施例1制备样品1检测对氨基苯硫酚的拉曼光谱图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的一种高SERS活性中空金银合金纳米粒子的制备方法的具体实施方式、方法、步骤、特征及其功效，详细说明如下：

实施列1：

步骤一：银纳米立方体的制备：将12m L无水乙二醇（EG）加入三口圆底烧瓶中，在160℃下油浴条件下加热 50 min，然后向烧瓶中迅速加入140 uL 浓度为3mmol/ L 的Na₂S乙二醇溶液，2min 后连续加入 3 mL 浓度为180 mmol/ L PVP（分子量为40000）乙二醇溶液和 1mL浓度为265mmol/ L 的AgNO₃乙二醇溶液，整个过程都在磁力搅拌下进行。用紫外可见吸收光谱监测反应进行的程度，当两个特征紫外吸收峰出现在350 nm 和435 nm附近时，将烧瓶取出浸入冰水浴来终止反应，然后离心分离粒径约为43 nm的银纳米立方体，用丙酮反复洗涤多次后，分散在水中配成质量浓度为7.4 g/L；

步骤二：中空金银合金纳米粒子的制备：在室温下，将步骤一制得的20μL银纳米立方体水溶液与5 mL浓度为0.1mmol/L分子量为30000的PVP水溶液加入50 mL试剂瓶，磁力搅拌均匀后，加入0.5 mL浓度为 0.1mol/L的抗坏血酸水溶液，然后使用注射泵缓慢滴加1 mL浓度为 1mmol/L的氯金酸水溶液，滴加速度为0.05 mL/min，得到内部空心的立方体型金银合金纳米粒子溶胶，其边长为50 nm，然后将中空金银合金纳米粒子用乙醇和水反复洗涤多次后，分散在水中保存。

实施列2：

在室温下，将实施例1步骤一制备的40μL银纳米立方体水溶液与10 mL浓度为0.3mmol/L分子量为15000的PVP水溶液加入50 mL试剂瓶，磁力搅拌均匀后，加入2 mL浓度为 0.05 mol/L的抗坏血酸水溶液，然后使用注射泵缓慢滴加6 mL浓度为 1.6m mol/L的氯金酸水溶液，滴加速度为0.1 mL/min。得到内部空心的立方体型金银合金纳米粒子溶胶，其边长为60nm。然后将中空金银合金纳米粒子用乙醇和水反复洗涤多次后，分散在水中保存。

实施列3：

在室温下，将实施例1步骤一制备的80μL银纳米立方体水溶液与15 mL浓度为0.8mmol/L分子量为55000的PVP水溶液加入50 mL试剂瓶，磁力搅拌均匀后，加入4 mL浓度为0.6 mol/L的抗坏血酸水溶液，然后使用注射泵缓慢滴加10mL浓度为 0.2mmol/L的氯金酸水溶液，滴加速度为0.17mL/min。得到内部空心的立方体型金银合金纳米粒子溶胶，其边长为72nm。然后将中空金银合金纳米粒子用乙醇和水反复洗涤多次后，分散在水中保存。

实施例1制备的样品1、实施例2制备的样品2、实施例3制备的样品3的中空金银合金纳米粒子的性能表征：

1、紫外可见吸收光谱检测：

将样品1，样品2和样品3的水溶液分别用紫外可见吸收光谱仪检测，得到紫外可见吸收光谱，具体如图1，图2和图3所示。从图中可知，3个样品在可见光范围内均有较强的吸收，其最大吸收波长分别为565 nm， 580 nm 和600 nm，说明制备的中空金银合金纳米粒子的表面等离子共振吸收具有可调性，随着中空金银合金纳米粒子的壁厚增加，其表面等离子共振吸收逐渐发生红移。

2、透射电镜检测和模型示意图

将样品1，样品2和样品3拍摄透射电子显微镜图，如图4，图5和图6所示，从图中可知，三个样品都为立方体结构，表面有尖锐的棱和角，为增强SERS效应的活性位点；内部为空心，四周壁厚均匀完整，粒径都很均匀，立方体边长分别约为50 nm， 60 nm和73 nm，壁厚分别约为5nm，10nm和14nm。

3、样品1的元素分布图

应用X-射线能谱仪测得样品1的元素分布图，如图7所示，表明样品1中同时含有金和银元素，且两种元素分布均匀。

4、样品1的表面增强拉曼散射活性

为了表征纳米粒子的SERS活性，将样品1与不同浓度的对氨基苯硫酚（4-ABT）在离心试管中混合，在室温下静置1h后，将功能化的纳米粒子用乙醇和水洗去多余的4-ABT。最后将4-ABT功能的纳米粒子分散在水中，监测拉曼信号，如图8所示，当4-ABT的浓度为10^-11mol/ L时，仍能检测到其特征峰，说明样品1中的中空金银合金纳米粒子作为SERS基底，具有很高SERS活性，可应用于高灵敏的检测。

5、样品1作为SERS基底检测三聚氰胺

将样品1与不同浓度的三聚氰胺在离心试管中混合，在室温下静置3 h后，用水洗去未吸附的三聚氰胺。然后将吸附了三聚氰胺的纳米粒子分散在水中，检测拉曼信号，当三聚氰胺的浓度为10^-8mol/ L时，仍能检测到其特征峰，说明样品1中的中空金银合金纳米粒子作为SERS基底，对于三聚氰胺的检测灵敏度为10^-8mol/ L，可应用于高灵敏的检测食品中的有毒添加剂。

Claims

1.一种高SERS活性中空金银合金纳米粒子的制备方法，其特征在于具体步骤为：

步骤一：采用多元醇工艺制备银纳米立方体，将其分散于水中配成质量浓度为7.4 g/L的分散液；

步骤二：量取步骤一配制的银纳米立方体分散液10～100 µL与稳定剂PVP和还原剂抗坏血酸在室温下磁力搅拌混合均匀；

步骤四：将步骤三获得的金银合金纳米粒子溶胶用乙醇和水反复洗涤多次后获得中空金银合金纳米粒子，并将其分散在水中保存；

所述步骤二中稳定剂PVP的体积为1～20 mL、浓度为0.05～1×10^-2 mol/L，还原剂抗坏血酸的体积为0.1～5 mL、浓度为0.01～1 mol/ L；

所述步骤三中氯金酸水溶液的体积为0.5～10 mL、浓度为0.1～2 mmol/ L；

所述步骤三中氯金酸水溶液的滴加速度为0.01～0.2 mL/min。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤二中稳定剂PVP的分子量为15000、30000、55000中的一种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤四获得的中空金银合金纳米粒子可运用于检测食品中的微量有害添加剂。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤一制备银纳米立方体的步骤为：将12mL无水乙二醇加入三口圆底烧瓶中，在160℃下油浴条件下加热 50 min，然后向烧瓶中迅速加入140 uL 浓度为3 mmol/ L 的Na₂S乙二醇溶液，2min 后连续加入 3 mL 浓度为180 mmol/ L分子量为40000 的PVP乙二醇溶液和 1mL浓度为265 mmol/ L 的AgNO₃乙二醇溶液，整个过程都在磁力搅拌下进行，用紫外可见吸收光谱监测反应进行的程度，当两个特征紫外吸收峰出现在350 nm和435nm附近时，将烧瓶取出浸入冰水浴来终止反应，然后离心分离粒径约为43 nm的银纳米立方体。