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CN108326320B - 一种制备金铜合金纳米粒子的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制备金铜合金纳米粒子的方法。其具体步骤如下：(1)配制铜前驱体和金前驱体的混合溶液；混合溶液中，铜前驱体和金前驱体的浓度相同；(2)向上述混合溶液中加入甲苯和四辛基溴化铵，充分搅拌，将铜前驱体和金前驱体转移至有机相；再通过分液漏斗分离，去除水层，得到有机混合溶液；(3)惰性气氛下，搅拌有机混合溶液后，逐滴加入还原剂水溶液，加完后，继续室温搅拌，最后分液，将得到的纳米金铜合金悬浮液浓缩，获得金铜合金纳米粒子。本发明选择有机相为纳米粒子提供保护环境，避免水相中合成纳米粒子容易出现的不稳定和团聚等现象；采用的反应条件温和，为双金属纳米合金催化剂的制备提供了一种策略。

Description

一种制备金铜合金纳米粒子的方法
技术领域
本发明涉及纳米材料制备技术领域，具体地说，是一种制备金铜合金纳米粒子的方法。
背景技术
控制纳米材料的组成和形貌等参数的合成能力是推动纳米技术发展和应用拓展的重要前提。
纳米催化剂不同于传统的催化剂，就在于进一步扩大了比表面积并且还能具备独特的表面和结构性能，这也是纳米催化研究的主要驱动力。关于金属纳米催化剂的设计和合成报道有很多，而合金纳米催化剂在催化研究中处于更显著的地位。金铜纳米合金由于其同时能够具备高导电性和优异的催化性能的双金属合金催化剂带来的广泛潜在应用而引起研究者们很大的兴趣。如有研究是先通过铜前体和还原剂合成铜纳米粒子、金前体和还原剂合成金纳米粒子，再将二者进行固溶生长获得大粒径的金铜合金。而小粒径(低于10nm)金铜合金粒子合成方法仍报道较少。
发明内容
针对以上技术问题，本发明的目的是提供一种制备尺寸小于10nm的金铜合金纳米粒子的方法；该方法简单，反应条件温和，得到金铜纳米粒子不团聚，尺寸分布均匀。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为如下。
本发明提供一种制备金铜合金纳米粒子的方法，具体步骤如下：
(1)配制铜前驱体和金前驱体的混合溶液；混合溶液中，铜前驱体和金前驱体的浓度相同，均在0.03-0.08mol/L之间；
(2)向上述混合溶液中加入甲苯和四辛基溴化铵，充分搅拌，将铜前驱体和金前驱体转移至有机相；再通过分液漏斗分离，去除水层，得到有机混合溶液；其中：甲苯和混合溶液的体积比为1:2～2:1，四辛基溴化铵和甲苯的质量体积比在0.2-1.0g/mL之间；
(3)惰性气氛下，搅拌有机混合溶液10-50min，搅拌结束后，逐滴加入还原剂水溶液，加完后，继续室温搅拌10-40h，反应后混合溶液用分液漏斗进行分液，得到的纳米金铜合金悬浮液经浓缩，获得金铜合金纳米粒子。
本发明中，步骤(1)中，铜前驱体为氯化铜或溴化铜。
本发明中，步骤(1)中，金前驱体为四氯金酸或氯金酸钾。
本发明中，铜前驱体、金前驱体和还原剂的摩尔比为1:1：(1-8)。
本发明中，步骤(3)中，还原剂为硼氢化钠，还原剂水溶液的浓度为1-3mol/L。
本发明中，步骤(3)中，搅拌有机混合溶液20-40min。
本发明中，步骤(3)中，继续室温搅拌12-25h。
本发明中，获得金铜合金纳米粒子呈立方体状，其尺寸在2～8nm之间。
和现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明选择有机相为纳米粒子提供保护环境，有机分子对于纳米粒子而言提供胶粘剂的作用，在粒子制备后可以形成保护层，对粒子团聚的常见问题有一定抑制作用，避免水相中合成纳米粒子容易出现不稳定和团聚等现象。
(2)本发明反应条件温和，其在常温下从分子级前体直接生成纳米粒子，这类方法比金纳米粒子、铜纳米粒子高温下(约400℃)连续固溶合成金铜合金的方法少了一些实验步骤带来的复杂性。为拓展金铜纳米粒子在催化、热传导、微电子等领域的广泛应用的提供新的合成方法。
附图说明
图1为实施例1的金铜合金纳米粒子电镜图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明的技术方案做进一步的描述，但本发明并不限于下述实施例。
本发明各实施例中所用的各种原料，如无特殊说明，均为市售。
实施例1
金铜合金纳米粒子(～2纳米)的制备及表征：
(1)铜前驱溶液、金前驱溶液的配制
购买的氯化铜用去离子水配制成0.06摩尔/升的铜前体溶液40毫升，并加入适量四氯金酸，获得氯化铜：四氯金酸摩尔比为1:1的混合溶液，搅拌均匀。另外用去离子水配制硼氢化钠成2.4摩尔/升的还原剂溶液。
(2)相转移过程
向上述混合溶液中加入80毫升的甲苯，并加入足量的0.7克四辛基溴化铵，形成有机相，搅拌40分钟，将铜粒子和氯金酸跟转移至有机相，形成深红橙色。再通过分液漏斗分离以便除去水层。将剩余的有机混合溶液转移至干净的圆底烧瓶中，通入氮气进行净化。
(3)金铜合金纳米粒子的制备
在惰性气流下，将有机混合溶液在烧瓶中进行搅拌混合30分钟，然后逐滴加入前述配制的硼氢化钠溶液10毫升，获得金铜纳米合金悬浮液，溶液为深色，在室温下再持续搅拌12个小时，之后再通过分液漏斗将水层除去，并再次通入氮气净化10分钟，之后储存于无光环境中。为了获得高浓度的合金粒子溶液，可以使用旋转蒸发仪对纳米合金悬浮液进行浓缩。
(4)金铜合金纳米粒子的最终形貌和尺寸
可以通过扫描电镜获得金铜合金纳米粒子的形貌特征主要为近似立方体，少量仍呈球体，量取立方体的边长，即纳米立方体的常规表观尺寸为2.3±0.3纳米，如图1所示。
实施例2
金铜合金纳米粒子(～5纳米)的制备及表征：
(1)铜前驱溶液、金前驱溶液的配制
购买的氯化铜用去离子水配制成0.04摩尔/升的铜前体溶液52毫升，并加入适量四氯金酸，获得氯化铜：四氯金酸摩尔比为1:1的混合溶液，搅拌均匀。另外用去离子水配制硼氢化钠成2.0摩尔/升的还原剂溶液。
(2)相转移过程
向上述混合溶液中加入80毫升的甲苯，并加入足量的0.7克四辛基溴化铵，形成有机相，搅拌40分钟，将铜粒子和氯金酸跟转移至有机相，形成深红橙色。再通过分液漏斗分离以便除去水层。将剩余的有机混合溶液转移至干净的圆底烧瓶中，通入氮气进行净化。
(3)金铜合金纳米粒子的制备
在惰性气流下，将有机混合溶液在烧瓶中进行搅拌混合30分钟，然后逐滴加入前述配制的硼氢化钠溶液15毫升，获得金铜纳米合金悬浮液，溶液为深色，在室温下再持续搅拌25个小时，之后再通过分液漏斗将水层除去，并再次通入氮气净化10分钟，之后储存于无光环境中。为了获得高浓度的合金粒子溶液，可以使用旋转蒸发仪对纳米合金悬浮液进行浓缩。
(4)金铜合金纳米粒子的最终形貌和尺寸
可以通过扫描电镜获得金铜合金纳米粒子的形貌特征主要为近似立方体，少量仍呈球体，量取立方体的边长，即纳米立方体的常规表观尺寸5.4±0.5纳米。

Claims (7)

1.一种制备金铜合金纳米粒子的方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)配制铜前驱体和金前驱体的混合溶液；混合溶液中，铜前驱体和金前驱体的浓度相同，均在0.03-0.08mol/L之间；
(2)向上述混合溶液中加入甲苯和四辛基溴化铵，充分搅拌，将铜前驱体和金前驱体转移至有机相；再通过分液漏斗分离，去除水层，得到有机混合溶液；其中：甲苯和混合溶液的体积比为1:2～2:1，四辛基溴化铵和甲苯的质量体积比在0.2-1.0g/mL之间；
(3)惰性气氛下，搅拌有机混合溶液10-50min，搅拌结束后，逐滴加入还原剂水溶液，加完后，继续室温搅拌10-40h，反应后混合溶液用分液漏斗进行分液，得到的纳米金铜合金悬浮液经浓缩，获得金铜合金纳米粒子；获得金铜合金纳米粒子呈立方体状，其尺寸在2～8nm之间。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，铜前驱体为氯化铜或溴化铜。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，金前驱体为四氯金酸或氯金酸钾。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，铜前驱体、金前驱体和还原剂的摩尔比为1:1：(1-8)。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，还原剂为硼氢化钠，还原剂水溶液的浓度为1-3mol/L。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，搅拌有机混合溶液20-40min。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，继续室温搅拌12-25h。
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