一种金纳米颗粒植入的三维氧化锌纳米网络材料的制备方法

本发明涉及金纳米颗粒与半导体氧化物复合材料的制备领域，具体涉及一种金纳米颗粒植入的三维氧化锌纳米网络材料的制备方法。

背景技术：

金纳米颗粒与纳米氧化锌复合材料，在环境监测、污染物降解、光催化及太阳能利用等领域有着广阔的应用前景，表现出巨大的潜力。然而目前，纳米金与纳米氧化锌这类复合材料的微观结构主要为：纳米氧化锌壳包裹的金纳米颗粒核的核壳结构、金纳米颗粒修饰的纳米氧化锌的纳米片结构、由金纳米颗粒和纳米氧化锌堆叠而成的纳米花结构或蝴蝶状结构等。例如：在《acsappliedmaterials&interfaces》杂志于2015年7卷18期的《facileapproachtosynthesizeau@znocore-shellnanoparticlesandtheirapplicationforhighlysensitiveandselectivegassensors》一文中报道了通过湿化学法先制备出复合材料的前驱体溶液，转移至85℃下处理溶液8小时之后，经过提纯处理并在60℃下干燥12小时，再在空气中进行500℃的2小时热处理，最终制得纳米氧化锌壳包裹的金纳米颗粒核的复合材料。众所周知，金属氧化物纳米材料的形貌和微观结构对于其宏观性能有着重要的影响，特殊的微观结构一般具有特殊的性能，如带状结构的纳米tio2比球形结构的纳米tio2具有更高的催化活性(由于带状结构的纳米tio2暴露的<101>晶面能提高其与氧气分子的反应能力，在tio2表面产生高浓度o2^-，并在光催化反应中捕捉光生电子，进而大大降低空穴-光生电子对数量)，又如cdte量子点的粒径从2.5nm生长至4.0nm，其发射波长由510nm红移至660nm。因此，研发不同相貌、新型结构的金纳米颗粒与纳米氧化锌复合材料对于纳米材料领域具有重要意义，有望在一些特定的领域能够提升材料的性能。

技术实现要素：

针对现有技术制备的金纳米颗粒与纳米氧化锌复合材料的结构单一，本发明的目的在于提供一种金纳米颗粒植入的三维氧化锌纳米网络材料的制备方法。

本发明的技术方案概述如下：

一种金纳米颗粒植入的三维氧化锌纳米网络材料的制备方法，包括以下步骤：

s1:采用湿化学法制备金纳米颗粒胶体溶液；

s2:于25℃恒温条件下，向所制得的金纳米颗粒胶体溶液中再加入氧化锌前驱体溶液和还原剂溶液，静置5～12小时至反应完全后，经离心提纯，即制得金纳米颗粒植入的三维氧化锌纳米网络材料。

优选的是，所述湿化学法制备金纳米颗粒胶体溶液的方法为：

向48ml的沸水中添加0.5ml质量分数为1％的氯金酸溶液，轻轻搅拌10分钟后，快速加入1.5ml质量分数为1％的柠檬酸钠溶液，煮沸30分钟并自然冷却，即制得金种子溶液；

为了金种子的生长，向47.6ml的沸水中加入2ml浓度为0.1mol/l的三(羟甲基)氨基甲烷溶液，在搅拌过程中，将0.1ml金种子溶液和0.3ml质量分数为1％的氯金酸溶液加入其中，再加热至溶液变为砖红色，即制得金纳米颗粒胶体溶液。

优选的是，所述氧化锌前驱体溶液为乙酸锌溶液、硝酸锌溶液、氯化锌溶液中的一种。

优选的是，所述氧化锌前驱体溶液的质量分数为1％。

优选的是，所述还原剂溶液为硼氢化钠溶液。

优选的是，所述还原剂溶液的质量分数为1％。

优选的是，所述金纳米颗粒胶体溶液、氧化锌前驱体溶液和还原剂溶液的体积比为50：(0.1～1.5)：(0.5～7.5)

优选的是，所述氧化锌前驱体溶液和还原剂溶液的体积比为1：5。

本发明的有益效果：

(1)本发明通过首次利用在金纳米颗粒胶体溶液中分散氧化锌前驱体溶液和硼氢化钠溶液，在硼氢化钠的还原作用下，制备出新型金纳米颗粒植入的三维氧化锌纳米网络结构的复合材料，丰富了金纳米颗粒与纳米氧化锌复合材料的结构种类；相比于传统核壳结构、纳米片结构等纳米金-氧化锌结构的复合材料，该特殊纳米金-氧化锌三维网络状异质结材料具有更大的比表面积和更高的孔隙率，加速光生载流子的分离和迁移，可大幅度提高太阳光利用率及光催化降解性能。

(2)本发明反应条件温和，无需高温加热，能耗低，操作简单易行，便于大规模工业化生产。

附图说明

图1为实施例3制备出的金纳米颗粒植入的三维氧化锌纳米网络材料的sem扫描电镜图及结构示意图；

图2为本发明通过湿化学法制备的金纳米颗粒胶体溶液sem扫描电镜图及实物图；

图3为本发明金纳米颗粒植入的三维氧化锌纳米网络材料的制备方法流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

实施例1

一种金纳米颗粒植入的三维氧化锌纳米网络材料的制备方法，包括以下步骤：

s1:采用湿化学法制备金纳米颗粒胶体溶液：

向48ml的沸水中添加0.5ml质量分数为1％的氯金酸溶液，轻轻搅拌10分钟后，快速加入1.5ml质量分数为1％的柠檬酸钠溶液，煮沸30分钟并自然冷却，即制得粒径约为17nm、粒子数浓度约为9.1×10¹¹个·ml^-1的金种子溶液；

为了金种子的生长，向47.6ml的沸水中加入2ml浓度为0.1mol/l的三(羟甲基)氨基甲烷溶液，在搅拌过程中将0.1ml金种子溶液和0.3ml质量分数为1％的氯金酸溶液加入其中，再加热至溶液变为砖红色，即制得金纳米颗粒胶体溶液；

s2:于25℃恒温条件下，向50ml金纳米颗粒胶体溶液中再加入0.1ml质量分数为1％的乙酸锌溶液和0.5ml质量分数为1％的硼氢化钠溶液，静置5小时至反应完全后，经离心提纯，即制得金纳米颗粒植入的三维氧化锌纳米网络材料。

实施例2

一种金纳米颗粒植入的三维氧化锌纳米网络材料的制备方法，包括以下步骤：

s1:采用湿化学法制备金纳米颗粒胶体溶液：

向48ml的沸水中添加0.5ml质量分数为1％的氯金酸溶液，轻轻搅拌10分钟后，快速加入1.5ml质量分数为1％的柠檬酸钠溶液，煮沸30分钟并自然冷却，即制得粒径约为17nm、粒子数浓度约为9.1×10¹¹个·ml^-1的金种子溶液；

为了金种子的生长，向47.6ml的沸水中加入2ml浓度为0.1mol/l的三(羟甲基)氨基甲烷溶液，在搅拌过程中将0.1ml金种子溶液和0.3ml质量分数为1％的氯金酸溶液加入其中，再加热至溶液变为砖红色，即制得金纳米颗粒胶体溶液；

s2:于25℃恒温条件下，向50ml金纳米颗粒胶体溶液中再加入0.3ml质量分数为1％的硝酸锌溶液和1.5ml质量分数为1％的硼氢化钠溶液，静置6小时至反应完全后，经离心提纯，即制得金纳米颗粒植入的三维氧化锌纳米网络材料。

实施例3

一种金纳米颗粒植入的三维氧化锌纳米网络材料的制备方法，包括以下步骤：

s1:采用湿化学法制备金纳米颗粒胶体溶液：

向48ml的沸水中添加0.5ml质量分数为1％的氯金酸溶液，轻轻搅拌10分钟后，快速加入1.5ml质量分数为1％的柠檬酸钠溶液，煮沸30分钟并自然冷却，即制得粒径约为17nm、粒子数浓度约为9.1×10¹¹个·ml^-1的金种子溶液；

为了金种子的生长，向47.6ml的沸水中加入2ml浓度为0.1mol/l的三(羟甲基)氨基甲烷溶液，在搅拌过程中将0.1ml金种子溶液和0.3ml质量分数为1％的氯金酸溶液加入其中，再加热至溶液变为砖红色，即制得金纳米颗粒胶体溶液；

s2:于25℃恒温条件下，向50ml金纳米颗粒胶体溶液中再加入0.5ml质量分数为1％的乙酸锌溶液和2.5ml质量分数为1％的硼氢化钠溶液，静置8小时至反应完全后，经离心提纯，即制得金纳米颗粒植入的三维氧化锌纳米网络材料。

实施例4

一种金纳米颗粒植入的三维氧化锌纳米网络材料的制备方法，包括以下步骤：

s1:采用湿化学法制备金纳米颗粒胶体溶液：

向48ml的沸水中添加0.5ml质量分数为1％的氯金酸溶液，轻轻搅拌10分钟后，快速加入1.5ml质量分数为1％的柠檬酸钠溶液，煮沸30分钟并自然冷却，即制得粒径约为17nm、粒子数浓度约为9.1×10¹¹个·ml^-1的金种子溶液；

为了金种子的生长，向47.6ml的沸水中加入2ml浓度为0.1mol/l的三(羟甲基)氨基甲烷溶液，在搅拌过程中将0.1ml金种子溶液和0.3ml质量分数为1％的氯金酸溶液加入其中，再加热至溶液变为砖红色，即制得金纳米颗粒胶体溶液；

s2:于25℃恒温条件下，向50ml金纳米颗粒胶体溶液中再加入0.8ml质量分数为1％的氯化锌溶液和4.0ml质量分数为1％的硼氢化钠溶液，静置10小时至反应完全后，经离心提纯，即制得金纳米颗粒植入的三维氧化锌纳米网络材料。

实施例5

一种金纳米颗粒植入的三维氧化锌纳米网络材料的制备方法，包括以下步骤：

s1:采用湿化学法制备金纳米颗粒胶体溶液：

向48ml的沸水中添加0.5ml质量分数为1％的氯金酸溶液，轻轻搅拌10分钟后，快速加入1.5ml质量分数为1％的柠檬酸钠溶液，煮沸30分钟并自然冷却，即制得粒径约为17nm、粒子数浓度约为9.1×10¹¹个·ml^-1的金种子溶液；

为了金种子的生长，向47.6ml的沸水中加入2ml浓度为0.1mol/l的三(羟甲基)氨基甲烷溶液，在搅拌过程中将0.1ml金种子溶液和0.3ml质量分数为1％的氯金酸溶液加入其中，再加热至溶液变为砖红色，即制得金纳米颗粒胶体溶液；

s2:于25℃恒温条件下，向50ml金纳米颗粒胶体溶液中再加入1.0ml质量分数为1％的乙酸锌溶液和5.0ml质量分数为1％的硼氢化钠溶液，静置12小时至反应完全后，经离心提纯，即制得金纳米颗粒植入的三维氧化锌纳米网络材料。

图1为实施例3制备出的金纳米颗粒植入的三维氧化锌纳米网络材料的sem扫描电镜图及结构示意图：由图可知，金纳米颗粒已嵌入在三维氧化锌纳米网络结构中，大幅度提高了金纳米颗粒/纳米氧化锌复合材料的比表面积，具有更高的孔隙率。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。