碳納米管(CNTs)負(fù)載金(Au)復(fù)合材料兼具碳納米管的高比表面積、導(dǎo)電性和金納米顆粒的催化活性、生物相容性等優(yōu)點(diǎn),在催化、傳感器、能源存儲(chǔ)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。其合成方法可分為物理方法和化學(xué)方法兩大類,以下是具體介紹:
通過化學(xué)反應(yīng)使金納米顆粒均勻負(fù)載在碳納米管表面,可控性強(qiáng),負(fù)載效率高。
原理:先將碳納米管與金的前驅(qū)體(如氯金酸,HAuCl?)溶液浸漬,使前驅(qū)體吸附在 CNTs 表面,再通過還原劑將其還原為金納米顆粒。
步驟:
預(yù)處理:碳納米管經(jīng)硝酸、硫酸等酸化,引入羥基(-OH)、羧基(-COOH)等活性基團(tuán),增強(qiáng)對金前驅(qū)體的吸附能力;
浸漬:將預(yù)處理后的 CNTs 分散于 HAuCl?溶液中,攪拌吸附(通常 1-24 小時(shí));
還原:加入還原劑(如 NaBH?、檸檬酸三鈉、抗壞血酸等),在室溫或加熱條件下還原 Au3?為 Au?;
后處理:離心、洗滌(去除未反應(yīng)的前驅(qū)體和雜質(zhì))、干燥(真空或冷凍干燥)。
示例:
前驅(qū)體:0.1 mol/L HAuCl?溶液;
還原劑:0.05 mol/L NaBH?(過量);
條件:室溫?cái)嚢?2 小時(shí),pH 控制在 7-9(堿性條件利于 Au 顆粒分散)。
原理:無需額外還原劑,利用碳納米管自身的還原性(或表面官能團(tuán)的還原性)將吸附的金前驅(qū)體直接還原。
關(guān)鍵:碳納米管需經(jīng)強(qiáng)氧化劑(如濃硝酸、高錳酸鉀)預(yù)處理,表面生成的羧基、羥基等可作為還原劑(或配位位點(diǎn)),在加熱條件下將 Au3?還原為 Au?。
示例:
原理:先制備金溶膠(穩(wěn)定的金納米顆粒膠體),再將碳納米管分散于溶膠中,通過靜電作用或化學(xué)鍵合使金顆粒負(fù)載到 CNTs 表面。
步驟:
特點(diǎn):金顆粒尺寸可控(1-20 nm),分散性好,但需額外制備金溶膠,流程較復(fù)雜。
原理:以碳納米管為工作電極,在含 Au3?的電解液中,通過外加電壓使 Au3?在 CNTs 表面還原沉積。
步驟:
將 CNTs 涂覆在導(dǎo)電基底(如玻璃碳電極)上,作為工作電極;
電解液:0.01 mol/L HAuCl? + 0.1 mol/L H?SO?;
沉積條件:恒電位(-0.2 ~ -0.5 V vs 飽和甘汞電極),沉積時(shí)間 10-600 秒。
特點(diǎn):可通過電壓和時(shí)間精確控制金顆粒的負(fù)載量和尺寸,適用于制備電極材料,但設(shè)備成本較高,難以大規(guī)模生產(chǎn)。
通過物理作用(如吸附、蒸發(fā))使金顆粒負(fù)載于碳納米管,操作簡單但負(fù)載穩(wěn)定性較差。
原理:利用碳納米管與金顆粒之間的范德華力或疏水相互作用,將金納米顆粒直接吸附到 CNTs 表面。
步驟:將預(yù)處理的 CNTs 與金納米顆粒膠體溶液混合,攪拌后離心分離。
特點(diǎn):無需化學(xué)試劑,但金顆粒易脫落,負(fù)載強(qiáng)度低,僅適用于低要求場景。
原理:在真空條件下,通過高能離子轟擊金靶,使金原子蒸發(fā)并沉積到碳納米管薄膜表面。
特點(diǎn):金層均勻,但多為連續(xù)薄膜而非納米顆粒,且設(shè)備昂貴,適用于特殊涂層制備。
碳納米管預(yù)處理:酸化可引入活性基團(tuán),提高對金前驅(qū)體的吸附能力,減少團(tuán)聚(但過度處理會(huì)破壞 CNTs 結(jié)構(gòu));
金前驅(qū)體濃度:濃度過高易導(dǎo)致金顆粒團(tuán)聚,過低則負(fù)載量不足;
還原劑種類:
pH 值:堿性條件利于 Au3?與 CNTs 表面的羥基結(jié)合,酸性條件易導(dǎo)致脫附。
催化領(lǐng)域:用于 CO 氧化、硝基化合物還原等反應(yīng)(金納米顆粒為活性中心,CNTs 提供高比表面積載體);
傳感器:基于金的表面等離子體共振(SPR)效應(yīng),制備檢測重金屬離子、生物分子的傳感器;
能源領(lǐng)域:作為燃料電池催化劑載體,提高電催化效率和穩(wěn)定性。
杭州新喬生物科技有限公司可以定制多種碳納米管負(fù)載金屬復(fù)合物以及接支聚合物,歡迎咨詢。
CNT-OH |
CNT-COOH |
CNT-NH2 |
CNT-SH |
CNT-g-PAA |
CNT-g-P4VP |
CNT-g-PS |
CNT-鈀 |
CNT-Au |
CNT-TiO2 |