CN114682791A - 一种金纳米颗粒分散体、金纳米颗粒及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种金纳米颗粒分散体、金纳米颗粒的制备方法，有效解决了现有技术中存在的制备流程复杂、产品纯度低、后处理复杂的难题，通过加热含醇溶剂的金离子溶液，得到含金纳米颗粒的分散体，通过简单的过滤和洗涤步骤，便可以得到高纯度的金纳米颗粒粉末。得到的金纳米颗粒可以作为功能相应用于电子浆料中，同时，在催化、生物医学等领域也有广泛应用前景。

Description

一种金纳米颗粒分散体、金纳米颗粒及其制备方法

技术领域

本发明涉及金纳米材料技术领域，具体涉及一种金纳米颗粒、分散体及其制备方法。

技术背景

金纳米颗粒具有独特的光学、热学、电学、稳定性，在广泛应用于催化、电子、医学、传感等诸多领域。

目前金纳米颗粒的合成方法主要分为物理法和化学法。物理法即采用高物理能量，将金块制备成纳米级的小颗粒。主要的物理法包括球磨法、气相法、电弧法、金属蒸汽溶剂法、热分解法等，然而现有的物理法均存在产量低、设备成本高、能量消耗大的问题。化学法主要是通过氧化还原反应，将金盐中的金离子还原成金粉末。主要的化学法包括水相氧化还原法、Brust法、金生长法、模板法、是化学合成法、电化学法、光化学法等。

然而，现有的化学法仍存在诸多的限制，大量的添加表面活性剂、还原剂，虽然可以调控金纳米粉末的形态，但同时也带来了诸多的后处理流程，生产工艺复杂、产品杂质含量高，如何开发制备流程更简便、产品纯度高的金纳米粉末的制备方法，是目前的技术难题。

发明内容

有鉴于此，本发明针对金纳米颗粒末制备流程复杂、产品纯度低、后处理复杂的技术难题，提出了一种金纳米颗粒分散体、金纳米颗粒的制备方法，改善了现有技术中存在的制备流程复杂、产品纯度低、后处理复杂的难题。

本发明的一方面提供一种制备含金纳米颗粒分散体的方法，包括：

制备含醇溶剂的金离子溶液；

加热所述含醇溶剂的金离子溶液，得到含金纳米颗粒的分散体。

本发明的另一方面还提供一种制备金纳米颗粒的方法，包括：

制备含醇溶剂的金离子溶液；

加热所述含醇溶剂的金离子溶液，得到含金纳米颗粒的分散体；

分离所述含金纳米颗粒的分散体，得到金纳米颗粒。

根据本发明提供的制备含金纳米颗粒分散体或制备金纳米颗粒的方法，所述醇溶剂为乙二醇、异丙醇、正丙醇、叔丁醇中的至少一种。

根据本发明提供的制备含金纳米颗粒分散体或制备金纳米颗粒的方法，所述含醇溶剂的金离子溶液不包含其他的还原剂。所述的还原剂是指能与金离子发生反应，将金离子还原成金的成分。所述的还原剂包括但不限于磷、柠檬酸三钠、硼氢化钠、十六烷基苯胺、聚乙二醇、聚苯胺和二甲胺硼烷、柠檬酸、抗坏血酸等。

根据本发明提供的制备含金纳米颗粒分散体或制备金纳米颗粒的方法，所述制备含醇溶剂的金离子溶液的步骤包括将氯酸金、雷酸金中的一种金离子原料加入到醇溶剂中混合，得到含醇溶剂的金离子溶液。

根据本发明提供的制备含金纳米颗粒分散体或制备金纳米颗粒的方法，所述金离子原料与所述醇溶剂的质量比为0.02-0.5。

根据本发明提供的制备含金纳米颗粒分散体或制备金纳米颗粒的方法，在一些实施方式中，所述金离子原料与所述醇溶剂的质量比为0.02；在一些实施方式中，所述金离子原料与所述醇溶剂的质量比为0.05；在一些实施方式中，所述金离子原料与所述醇溶剂的质量比为0.1；在一些实施方式中，所述金离子原料与所述醇溶剂的质量比为0.2；在一些实施方式中，所述金离子原料与所述醇溶剂的质量比为0.3；在一些实施方式中，所述金离子原料与所述醇溶剂的质量比为0.5。

根据本发明提供的制备含金纳米颗粒分散体或制备金纳米颗粒的方法，在一些优选的实施方式中，所述金离子原料为雷酸金，所述醇溶剂为异丙醇，所述金离子原料与所述醇溶剂的质量比为0.05-0.3。

根据本发明提供的制备含金纳米颗粒分散体或制备金纳米颗粒的方法，所述加热所述含醇溶剂的金离子溶液的步骤包括，将含醇溶剂的金离子溶液加热到85-150℃。

根据本发明提供的制备含金纳米颗粒分散体或制备金纳米颗粒的方法，所述加热所述含醇溶剂的金离子溶液的步骤还包括，将含醇溶剂的金离子溶液在反应釜中加热到85-150℃后，反应1-6h。

可以理解的是，部分醇溶剂的沸点低于150℃，为使温度达到反应温度，可以通过加压的方式，使其可以加热到相应的温度。在一些实施方式中，加压的方式为在反应釜中加压反应。

根据本发明提供的制备含金纳米颗粒分散体或制备金纳米颗粒的方法，在一些优选的实施方式中，所述加热所述含醇溶剂的金离子溶液的步骤包括，将含醇溶剂的金离子溶液加热到90-120℃后，反应2-4h。

根据本发明提供的制备金纳米颗粒的方法，所述金纳米颗粒的平均粒径为200-500nm。

根据本发明提供的制备金纳米颗粒的方法，所述分离所述含金纳米颗粒的分散体的步骤，包括通过过滤、沉降或离心中的至少一种方法，将所述金纳米颗粒从所述含金纳米颗粒的分散体中分离。

根据本发明提供的制备金纳米颗粒的方法，在通过过滤、沉降或离心中的至少一种方法，将所述金纳米颗粒从所述含金纳米颗粒的分散体中分离后，还包括通过使用去离子水或乙醇洗涤上述步骤所得的金纳米颗粒3-5次，干燥后得到干燥的金纳米颗粒。

可以理解的是，干燥是材料制备领域通常采用的手段，用于去除产品中的水分，常规的干燥方法包括真空干燥、冷冻干燥、自然干燥、加热干燥和鼓风干燥中的至少一种。

根据本发明提供的制备金纳米颗粒的方法，所述干燥的金纳米颗粒的含水率低于0.1％。

根据本发明提供的制备含金纳米颗粒分散体或制备金纳米颗粒的方法，所述干燥的金纳米颗粒的烧损值为0.1-0.2％。

可以理解的是，产品的烧损值可反映最终产品中有机物杂质的含量。烧损值越高，其有机物含量越高。烧损值越低，说明产品的纯度越高。本发明的制备方法可以通过简单的纯化步骤获得烧损值低于0.2％的金纳米颗粒产品，是现有技术公开的技术路线难以实现的。

本发明还提供一种金纳米颗粒分散体，所述金纳米颗粒分散体由上述的制备含金纳米颗粒分散体的方法制得。

本发明还提供一种金纳米颗粒，所述的金纳米颗粒由上述的制备金纳米颗粒的方法制得。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明的制备含金纳米颗粒分散体或金纳米颗粒的方法，制备过程采用可溶性或不溶性金源，对金源没有选择性。

2.反应过程中不添加任何其他助剂和还原剂，有机溶剂既作为溶剂又起到还原剂作用，工艺简单，减少了其他人为操作带来的误差，得到的金纳米颗粒杂质更少，纯度高，结构均一，可作为功能相更好地在电子浆料中使用，可以减少后处理步骤。

3.本发明中可以通过调节反应温度和时间等条件对制备金粉的粒径进行调控，可得到不同形貌的金粉颗粒以满足不同使用需求，且反应结果重现性好。

4.反应后的有机溶剂回收后，通过简单的减压蒸馏回收纯化可以继续使用，不仅节约了成本而且避免有机溶剂对环境造成污染。

附图说明

图1.为本发明实施例1得到的含金纳米颗粒分散体的照片；

图2.为本发明实施例1得到的金纳米颗粒的扫描电镜图；

图3.为本发明实施例1得到的金纳米颗粒的照片。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

在全文中，如无特殊说明，h均代表时间单位“小时”，“/”表示“或”。如无特殊说明，所有的成分、含量之比均为质量比。

以下实施例所有试剂原材料均为市售所得。

实施例1

本实施例制备含金纳米颗粒分散体的方法，包括以下步骤：

步骤1.取2.55g氯金酸溶于50g异丙醇中，充分搅拌静置，氯金酸在底部沉淀；

步骤2.将上述得到溶液和沉淀物，转移到反应釜中，设置烘箱温度150℃，保温6h，得到含金纳米颗粒分散体，其照片如图1所示。

本实施例制备金纳米颗粒的方法，包括以下步骤：

采用本实施例的方法制备含金纳米颗粒分散体，对金纳米颗粒分散体进行抽滤，回收反应异丙醇，对抽滤所得固体产物用去离子水洗涤2次后乙醇洗涤3次，除去表面杂质，得到金纳米颗粒，该金纳米颗粒的扫描电镜图如图2所示，宏观照片如图3所示。将该金纳米颗粒在60℃鼓风烘箱中干燥100min得到金粉，粒径D90为220nm。产物收得率为69％，产物200℃下的烧蚀率为0.13％。

实施例2

本实施例制备含金纳米颗粒分散体的方法，包括以下步骤：

步骤1.取2.55g雷酸金溶于50g异丙醇中，充分搅拌分散得到澄清雷酸金溶液；

步骤2.将上述得到澄清溶液，转移到反应釜中，设置烘箱温度150℃，保温6h，得到含金纳米颗粒分散体。

本实施例制备金纳米颗粒的方法，包括以下步骤：

采用本实施例的方法制备含金纳米颗粒分散体，对金纳米颗粒分散体进行抽滤，回收反应异丙醇，对抽滤所得固体产物用去离子水洗涤2次后乙醇洗涤3次，除去表面杂质，得到金纳米颗粒。将该金纳米颗粒在60℃鼓风烘箱中干燥100min得到金粉，粒径D90为377nm。产物收得率为80％，产物200℃下的烧蚀率为0.10％。

实施例3

本实施例制备含金纳米颗粒分散体的方法，包括以下步骤：

步骤1.取3.5g雷酸金溶于50g异丙醇中，充分搅拌分散得到澄清雷酸金溶液；

步骤2.将上述得到澄清溶液，转移到反应釜中，设置烘箱温度150℃，保温6h，得到含金纳米颗粒分散体。

本实施例制备金纳米颗粒的方法，包括以下步骤：

采用本实施例的方法制备含金纳米颗粒分散体，对金纳米颗粒分散体进行抽滤，回收反应异丙醇，对抽滤所得固体产物用去离子水洗涤2次后乙醇洗涤3次，除去表面杂质，得到金纳米颗粒。将该金纳米颗粒在60℃鼓风烘箱中干燥100min得到金粉，粒径D90为251nm。产物收得率为84％，产物200℃下的烧蚀率为0.10％。

实施例4

本实施例制备含金纳米颗粒分散体的方法，包括以下步骤：

步骤1.取2.55g氯金酸溶于50g异丙醇中，充分搅拌静置，氯金酸在底部沉淀；

步骤2.将上述得到溶液和沉淀物，转移到反应釜中，设置烘箱温度120℃，保温4h，得到含金纳米颗粒分散体。

本实施例制备金纳米颗粒的方法，包括以下步骤：

采用本实施例的方法制备含金纳米颗粒分散体，对金纳米颗粒分散体进行抽滤，回收反应异丙醇，对抽滤所得固体产物用去离子水洗涤2次后乙醇洗涤3次，除去表面杂质，得到金纳米颗粒。将该金纳米颗粒在60℃鼓风烘箱中干燥100min得到金粉，粒径D90为410nm。产物收得率为68％，产物200℃下的烧蚀率为0.10％。

对比例1

本对比例制备金纳米颗粒的方法，包括以下步骤：

步骤1.取2.55g雷酸金溶于50g水中，充分搅拌分散得到澄清雷酸金溶液；

步骤2.将上述得到澄清溶液，转移到反应釜中，设置烘箱温度150℃，保温6h；

步骤3.反应结束后反应液仍为澄清透明溶液，无固体生成。

对比例2

本对比例制备金纳米颗粒的方法，包括以下步骤：

步骤1.取3.5g雷酸金溶于50g水中，充分搅拌分散得到澄清雷酸金溶液；

步骤2.将上述得到澄清溶液，转移到反应釜中，设置烘箱温度120℃，保温4h；

步骤3.反应结束后反应液仍为澄清透明溶液，无固体生成。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种制备含金纳米颗粒分散体的方法，其特征在于，包括：

制备含醇溶剂的金离子溶液；

加热所述含醇溶剂的金离子溶液，得到含金纳米颗粒的分散体。

2.一种制备金纳米颗粒的方法，其特征在于，包括：

制备含醇溶剂的金离子溶液；

加热所述含醇溶剂的金离子溶液，得到含金纳米颗粒的分散体；

分离所述含金纳米颗粒的分散体，得到金纳米颗粒。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其特征在于，醇溶剂为乙二醇、异丙醇、正丙醇、叔丁醇中的至少一种。

4.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其特征在于，所述制备含醇溶剂的金离子溶液的步骤包括将氯酸金、雷酸金中的一种金离子原料加入到醇溶剂中混合，得到含醇溶剂的金离子溶液。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述金离子原料与所述醇溶剂的质量比为0.02-0.5。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述金离子原料为雷酸金，所述醇溶剂为异丙醇，所述金离子原料与所述醇溶剂的质量比为0.05-0.3。

7.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其特征在于，所述加热所述含醇溶剂的金离子溶液的步骤包括，将含醇溶剂的金离子溶液加热到85-150℃。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述加热所述含醇溶剂的金离子溶液的步骤还包括，将含醇溶剂的金离子溶液在反应釜加热到85-150℃后，反应1-6h。

9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述分离所述含金纳米颗粒的分散体的步骤，包括通过过滤、沉降或离心中的至少一种方法，将所述金纳米颗粒从所述含金纳米颗粒的分散体中分离。

10.一种金纳米颗粒，其特征在于，所述的金纳米颗粒由如权利要求2-9中任一项所述的制备金纳米颗粒的方法制得。

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