不同还原剂对金纳米颗粒合成的影响
金纳米粒子的制备方法
目前在众多的合成金纳米粒子方法中,最方便的方法是还原Au的衍生物。很长的一段时间最流行的方法是在1951年Turkevitch提出的水溶液中用梓檬酸盐还原HAuCl4的方法,可得到20mn左右的金纳米粒子。金纳米粒子在水溶液中合成的方法主要分为三个步骤:第一,金的盐溶液在适当的溶液中分解;第二,在某种还原剂中还原金的盐溶液;最后,在稳定剂中合成稳定的金纳米粒子。目前,最流行的制备金纳米粒子的方法是在加热的条件下,在水溶液中用梓檬酸盐还原HAuCl4。对于这个方法,通过改变金的浓度和梓檬酸盐的浓度,可以制备出大量的平均粒度的金纳米粒子。
得到了。
5种子生长法
种子生长法是另一种比较常用的方法。目前,较成功的研究表明,这种方法可以合成可控大小纳米粒子分散(10-15%)在5-40nm范围内,而且,纳米粒子的大小可以通过变化晶种和金属盐的比例来进行调控。此方法主要分成二步:第一步是用强还原剂还原Au3+为小的金纳米粒子;第二步是采用弱还原剂将Au3+还原为Au+,再与晶种混合,从而使Au+进一步变为金纳米粒子。此方法最大的优点是可以避免二次成核。
图1 Au化合物在硫醇溶液中被还原,其Au纳米粒子表面被有机外壳所其它含硫配体已经用于稳定金纳米粒子,如黄酸盐和二硫化物等。二硫化物不如硫醇的稳定,但是在催化方面有明显的效果。同样,硫醚不能很好的约束金纳米粒子,但是Rheinhout团队利用聚硫醚就能很好的解决这个问题。另外,利用碘氧化以硫醇为包覆剂的金纳米粒子,使其分解为金的碘化物和二硫化物。Crook等人利用这一现象制备了以金纳米粒子为模版的环胡精的空心球。
6物理方法:光化学(UV、Near-IR)、声化学、辖射和热解
紫外照射是能够证明金纳米粒子质量的另一种参数。近红外光照射能够证明用硫醇稳定的金纳米粒子的粒径生长。在少量2-丙醇中,超声波(200kHz)能控制AuCl4-水溶液中的还原速率,同时,通过调结溶液温度和反应器的配置等参数,可以调控纳米粒子的大小。声化学可以利用娃孔进行金纳米粒子的合成,也可以进行Au/Pd双金属粒子的合成。福射已经用于控制金纳米粒子的大小,或是在特殊自由基存在下合成。根据t福射可以检测金纳米粒子的形成机制。在气/液界面处,通过[AuCl(PPh3)]分解,可以得到金纳米粒子。在180℃，N2存在情况下,[C14H29-Me3N][Au(SC12H25)2]热解5小时,制备26nm的焼基组纯化的金纳米粒子。
甲醛还原合成金纳米-概述说明以及解释
甲醛还原合成金纳米-概述说明以及解释1.引言1.1 概述甲醛是一种常见的有机化合物，具有广泛的用途和应用。
然而，由于甲醛的毒性和挥发性，它的使用也带来了一些问题和隐患。
为了解决这一问题，研究人员提出了一种新的方法，利用甲醛进行还原反应，并将其用于合成金纳米材料。
甲醛还原反应是指将甲醛作为还原剂，通过一系列化学反应将其转化为其他有用的物质。
这种反应在化学合成中具有广泛的应用，可以用于制备各种有机化合物和无机材料。
合成金纳米材料是近年来的研究热点之一，金纳米具有许多独特的物理和化学性质，使其在材料科学和生物医学等领域有着广泛的应用前景。
然而，传统的金纳米合成方法往往需要使用昂贵的试剂和复杂的工艺，制备过程也比较繁琐。
本文的目的在于探讨利用甲醛还原反应合成金纳米材料的可行性和优势。
通过对甲醛还原反应的机制和条件进行研究，我们可以发现一种简单、经济、高效的方法来制备金纳米材料。
同时，还可以对甲醛在其他领域的应用进行探索和展望，为甲醛的综合利用提供新的思路和方法。
通过本文的研究和论述，我们期望能够为甲醛还原合成金纳米材料的应用提供新的思路和方向，推动金纳米材料的合成工艺的发展与创新。
1.2文章结构文章结构部分的内容应包括以下内容：文章结构部分的目的是介绍整篇文章的主要结构和内容安排，使读者能够清楚地了解文章的逻辑框架和信息组织方式。
通过合理的结构安排，可以帮助读者更好地理解文章的主题和论点，并在阅读过程中更加有条理地掌握文章的内容。
本文的结构主要包括引言、正文和结论三个部分。
引言部分首先概述了本文的主题——甲醛还原合成金纳米材料，并简要介绍了相关背景和研究意义。
而后，文章进一步解释了本文的结构和内容安排。
通过引言，读者可以对文章的主题和内容有一个初步的了解，从而更好地理解后续的内容。
正文部分是本文的主体，主要分为两个小节。
第一个小节介绍了甲醛还原反应的原理和条件，包括反应机制、催化剂的选择和反应条件的优化等内容。
纳米金粒子的制备与表征技术
纳米金粒子的制备与表征技术随着科技的不断发展，纳米材料已经成为了当今材料科学领域中最受关注的话题之一。
其中，纳米金粒子具有独特的物理化学性质，可以应用于生物医学、光电子学、催化剂等领域。
本文将探讨纳米金粒子的制备与表征技术。
一、纳米金粒子的制备技术目前，有许多制备纳米金粒子的方法。
其中，主要包括化学还原法、光照还原法、微波辅助法等。
本节将重点介绍化学还原法。
化学还原法基于还原体与金盐的反应，在溶液中制备纳米金粒子。
这种方法简单方便，能够根据需要调节纳米粒子的大小和形态。
通常，化学还原法需要使用还原剂，例如氯化酚、叠氮化钠和氢氧化钠等。
这些还原剂能够将金盐还原成金原子，形成纳米金粒子。
另外，化学还原法可以通过调节反应条件以及添加不同的还原剂和表面活性剂等改变纳米金粒子的形态、大小和分散性。
此外，它还可以制备负载纳米金粒子。
例如，在还原过程中添加硫化物可以制备纳米金/硫化物复合材料。
尽管化学还原法具有许多优点，如简单易操作，制备时间短等，但它也有一些缺点。
由于还原剂通常是有毒的，它们会对环境造成污染。
此外，化学还原法制备的纳米金粒子质量较低，分散性较差，使得其应用受到一定的限制。
二、纳米金粒子的表征技术在制备纳米金粒子之后，研究人员需要对其进行表征。
这有助于确定粒子的形态、大小、结构和化学成分等。
目前，常用的纳米金颗粒表征技术包括电子显微镜（TEM），粒径分析仪（DLS），紫外-可见（UV-Vis）吸收光谱和X射线衍射（XRD）。
TEM 是一种高分辨率成像技术，可以用来观察纳米尺度的样品。
在 TEM 中，可以获得准确的纳米金粒子的尺寸和形态信息。
DLS 可以测量纳米粒子的粒径和粒子的分散度。
UV-Vis 吸收光谱可以用来确定纳米粒子的结构和形态。
此外，XRD 可以确定金颗粒的晶体结构和相对大小。
除了这些传统技术，新型表征技术也在逐渐发展。
例如，扫描探针显微镜（SPM）可以用来测量纳米颗粒的表面形貌。
金属纳米颗粒合成方法和机理的研究
金属纳米颗粒合成方法和机理的研究近年来，金属纳米颗粒因其独特的物理、化学和生物学特性，在许多领域引起了广泛的研究兴趣，包括催化、生物传感、光学、电子学等领域。
合成方法对金属纳米颗粒的形貌、大小、结构和性质有着显著的影响。
为了合成高质量的金属纳米颗粒，需要充分了解各种合成方法的优缺点，以及各种合成方法的机理。
目前，合成金属纳米颗粒的方法主要分为两类：一是物理方法，包括物理气相沉积、激光热蒸发和电弧放电等；二是化学方法，包括还原法、溶胶-凝胶法、微波法、溶剂热法、热分解法等。
此外，还有一些新兴的合成方法，如光化学法、电化学法、生物合成法等。
不同的合成方法都有其独特的优点和限制。
例如，物理法合成的纳米颗粒纯度高、形貌均匀，但是其制备成本较高；而化学法制备的纳米颗粒成本相对较低，但是合成过程中可能会产生有害的副产物，如挥发性有机物。
化学合成法是目前应用最广泛的金属纳米颗粒制备方法。
其中，还原法是最常用的一种方法。
还原法是通过还原剂还原金属离子，从而合成金属纳米颗粒。
还原剂的选择对金属纳米颗粒的形态和尺寸有着重要影响。
常用的还原剂包括氢气、硼氢化钠、甲醇、乙醇等。
在合成过程中，控制还原剂的加入速度和浓度，可以控制纳米颗粒的大小和形貌。
此外，还有一些变种的还原法，如微波辅助还原法、超声波辅助还原法、溶胶-凝胶辅助还原法等。
除了还原法，溶胶-凝胶法也是一种重要的化学合成方法。
溶胶-凝胶法通过气凝胶或溶凝胶的热处理来制备纳米颗粒。
该方法简单易行，且可批量制备。
与其他合成方法相比，溶胶-凝胶法制备的金属纳米颗粒具有较高的结晶度和形貌可控性。
除了合成方法，金属纳米颗粒的机理也是研究的热点之一。
在各种合成方法中，金属离子还原过程和核成长过程被认为是最为关键的两个环节。
对于金属离子还原过程，许多机理模型已被提出。
例如，弛豫电位模型、水热还原机理、金属/还原剂接触模型等。
这些模型能够在一定程度上解释还原剂选择和控制还原速率对金属纳米颗粒形貌的影响。
木质素还原制备金纳米颗粒及其催化性能
林业工程学报，２０２４，９（１）：１０９－１１６ＪｏｕｒｎａｌｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤＯＩ：１０．１３３６０／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９６－１３５９．２０２３０５０２４收稿日期：２０２３－０５－３０㊀㊀㊀㊀修回日期：２０２３－０９－２５基金项目：国家重点研发计划（２０２２ＹＦＣ２１０５５０３）；广西自然科学基金（２０１８ＪＪＡ１３０２２４）；广西博世科环保股份有限公司国家企业技术中心开放项目㊂作者简介：李茉琰，女，研究方向为木质素基复合功能材料㊂通信作者：闵斗勇，男，教授㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｍｉｎｄｏｕｙｏｎｇ＠ｇｘｕ．ｅｄｕ．ｃｎ木质素还原制备金纳米颗粒及其催化性能李茉琰，龙杏，张清桐，梁展明，闵斗勇∗（广西大学轻工与食品工程学院，广西清洁化制浆造纸与污染控制重点实验室，南宁５３０００４）摘㊀要：自然界中的木质素来源广泛，其含量仅次于纤维素，是一种具有还原性的可再生芳香聚合物㊂本研究利用木质素在太阳光激发下还原Ａｕ（Ⅲ）制备金纳米颗粒（ＡｕＮＰｓ），并将其用于催化还原废水中的有机污染物㊂主要探究了不同木质素质量浓度㊁ＨＡｕＣｌ４浓度㊁光照时间等条件对ＡｕＮＰｓ粒径及形貌的影响；利用紫外⁃可见光谱仪㊁纳米粒度仪㊁透射电子显微镜（ＴＥＭ）㊁Ｘ射线光电子能谱分析（ＸＰＳ）对ＡｕＮＰｓ理化性质进行了表征㊂结果表明，木质素作还原剂成功制备了ＡｕＮＰｓ，最佳制备工艺如下：木质素质量浓度为０．１ｍｇ／ｍＬ，ＨＡｕＣｌ４浓度为１．００ｍｍｏｌ／Ｌ，ＨＡｕＣｌ４溶液与木质素溶液体积比为４ʒ１，光照时间为６０ｍｉｎ，此条件下制得的ＡｕＮＰｓ平均粒径为３２．１４ｎｍ㊂此外，以亚甲基蓝（ＭＢ）和对硝基苯酚（４⁃ＮＰ）为污染物模型物探究了ＡｕＮＰｓ的催化性能，结果表明，ＡｕＮＰｓ对ＭＢ和４⁃ＮＰ具有良好的光催化还原性能，反应速率常数分别为０．７６５８和０．３１６６ｍｉｎ－１㊂木质素还原Ａｕ（Ⅲ）制备得到的ＡｕＮＰｓ／木质素用于废水中染料和硝基芳香族污染物的光催化还原，不仅实现了木质素的高值化利用，而且实现了废水中有机污染物的高效去除㊂关键词：木质素；金纳米颗粒；光催化降解；有机污染物；废水中图分类号：Ｏ６４３．３６；ＴＢ３８３㊀㊀㊀㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀㊀㊀㊀文章编号：２０９６－１３５９（２０２４）０１－０１０９－０８ＦａｂｒｉｃａｔｉｏｎｏｆｇｏｌｄｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓｂｙｌｉｇｎｉｎｒｅｄｕｃｔｉｏｎａｎｄｉｔｓｃａｔａｌｙｔｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＬＩＭｏｙａｎ，ＬＯＮＧＸｉｎｇ，ＺＨＡＮＧＱｉｎｇｔｏｎｇ，ＬＩＡＮＧＺｈａｎｍｉｎｇ，ＭＩＮＤｏｕｙｏｎｇ∗（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＬｉｇｈｔＩｎｄｕｓｔｒｙａｎｄＦｏｏｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＧｕａｎｇｘｉＫｅｙＬａｂｏｆＣｌｅａｎＰｕｌｐ＆ＰａｐｅｒｍａｋｉｎｇａｎｄＰｏｌｌｕｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌ，ＧｕａｎｇｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｎｉｎｇ５３０００４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｌｉｇｎｉｎｉｎｎａｔｕｒｅｈａｓａｗｉｄｅｒａｎｇｅｏｆｓｏｕｒｃｅｓ，ｂｅｉｎｇｓｅｃｏｎｄｏｎｌｙｔｏｃｅｌｌｕｌｏｓｅｉｎｃｏｎｔｅｎｔ，ａｎｄｉｓａｒｅｎｅｗａｂｌｅａｒｏｍａｔｉｃｐｏｌｙｍｅｒｗｉｔｈｖａｒｉｏｕｓｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｉｆｌｉｇｎｉｎｃａｎｂｅａｃｔｉｖｅｌｙｃｏｎｖｅｒｔｅｄｉｎｔｏａｒｅｎｅｗａｂｌｅｒｅｓｏｕｒｃｅｏｒｐｒｉｃｅｄａｓａｈｉｇｈｅｒｖａｌｕｅｍａｔｅｒｉａｌ，ｉｔｓａｂｕｎｄａｎｃｅｉｎｎａｔｕｒｅｉｓｈｉｇｈｌｙｌｉｋｅｌｙｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｒａｐｉｄｒｅｓｏｕｒｃｅｄｅｐｌｅｔｉｏｎ．ＡｕＮＰｓｈａｖｅｕｎｉｑｕｅｃａｔａｌｙｔｉｃａｃｔｉｖｉｔｙｄｕｅｔｏｔｈｅｉｒｈｉｇｈｓｐｅｃｉｆｉｃｓｕｒｆａｃｅａｒｅａ，ａｃｔｉｖｅｓｕｒｆａｃｅｂｏｎｄｉｎｇａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｔａｔｅｓ，ａｎｄｉｎｃｏｍｐｌｅｔｅｓｕｒｆａｃｅｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ．Ｄｕｅｔｏｐｅｏｐｌｅ ｓｅｍｐｈａｓｉｓｏｎｔｈｅｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｎｄａｐｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｎｏｎ⁃ｔｏｘｉｃｃｈｅｍｉｃａｌｓａｎｄｓａｆｅｒｏｒｇａｎｉｃｓｏｌｖｅｎｔｓ，ｔｈｅｇｒｅｅｎｓｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆＡｕＮＰｓｉｓｒｅｃｅｉｖｉｎｇｉｎｃｒｅａｓｉｎｇａｔｔｅｎｔｉｏｎ．Ｌｉｇｎｉｎｉｓａｎａｔｕｒａｌｔｈｒｅｅ⁃ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｎｅｔｗｏｒｋｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｉｔｈｖａｒｉｏｕｓｒｅｄｕｃｉｎｇｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｇｒｏｕｐｓ，ｗｈｉｃｈｃａｎａｃｈｉｅｖｅｇｒｅｅｎｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｇｏｌｄｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓａｎｄｐｒｅｖｅｎｔｔｈｅａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎｏｆｇｅｎｅｒａｔｅｄｇｏｌｄｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ，ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇｔｈｅｉｒｃａｔａｌｙｔｉｃａｎｄａｎｔｉｂａｃｔｅｒｉａｌａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ．Ｉｎｔｈｉｓｓｔｕｄｙ，ｌｉｇｎｉｎｗａｓｕｔｉｌｉｚｅｄｔｏｒｅｄｕｃｅＡｕ（Ⅲ）ｕｎｄｅｒｓｏｌａｒｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｔｏｐｒｅ⁃ｐａｒｅｇｏｌｄｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ（ＡｕＮＰｓ），ｗｈｉｃｈｗｅｒｅｕｓｅｄｆｏｒｃａｔａｌｙｔｉｃｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆｏｒｇａｎｉｃｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ．Ｔｈｅｆａｃｔｏｒｓｉｎｃｌｕｄｉｎｇｌｉｇｎｉｎｍａｓｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ，ＨＡｕＣｌ４ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ，ａｎｄｒｅａｃｔｉｏｎｔｉｍｅｏｎｔｈｅｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅａｎｄｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆＡｕＮＰｓｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．ＡｕＮＰｓｗｅｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙｔｈｅＵＶ⁃ｖｉｓｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅａｎａｌｙｚｅｒ，ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ（ＴＥＭ）ａｎｄＸ⁃ｒａｙｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ（ＸＰＳ）．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔＡｕＮＰｓｗｅｒｅｓｕｃ⁃ｃｅｓｓｆｕｌｌｙｐｒｅｐａｒｅｄｕｓｉｎｇｌｉｇｎｉｎａｓａｒｅｄｕｃｉｎｇａｇｅｎｔ．Ｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｗａｓａｓｆｏｌｌｏｗｓ：ｌｉｇｎｉｎｍａｓｓｃｏｎ⁃ｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｗａｓ０．１ｍｇ／ｍＬ，ＨＡｕＣｌ４ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｗａｓ１．００ｍｍｏｌ／Ｌ，ｖｏｌｕｍｅｒａｔｉｏｏｆＨＡｕＣｌ４ａｎｄｌｉｇｎｉｎｗａｓ４ʒ１，ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎｔｉｍｅｗａｓ６０ｍｉｎ，ａｎｄｔｈｅａｖｅｒａｇｅｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅｏｆＡｕＮＰｓｗａｓ３２．１４ｎｍ．Ａｓｔｙｐｉｃａｌｏｒｇａｎｉｃｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ，ｍｅｔｈｙｌｅｎｅｂｌｕｅ（ＭＢ）ａｎｄｐ⁃ｎｉｔｒｏｐｈｅｎｏｌ（４⁃ＮＰ）ａｒｅｗｉｄｅｌｙｐｒｅｓｅｎｔｉｎｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｗａｓｔｅｗａｔｅｒｓｕｃｈａｓｔｅｘｔｉｌｅ，ｐａｐｅｒ⁃ｍａｋｉｎｇ，ａｎｄｐｒｉｎｔｉｎｇ．Ｄｕｅｔｏｔｈｅｉｒｓｔｒｏｎｇｐｈｏｔｏｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄａｎｔｉｏｘｉｄａｎｔｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｔｈｅｙａｒｅｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏｄｅｇｒａｄｅａｎｄｐｏｓｅａｓｅｒｉｏｕｓｔｈｒｅａｔｔｏｈｕｍａｎｈｅａｌｔｈａｎｄｔｈｅｎａｔｕｒａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ＭＢａｎｄ４⁃ＮＰｗｅｒｅｕｓｅｄａｓｏｒｇａｎｉｃｐｏｌ⁃林业工程学报第９卷ｌｕｔａｎｔｍｏｄｅｌｓｔｏｅｘｐｌｏｒｅｔｈｅｃａｔａｌｙｔｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＡｕＮＰｓ．Ｔｈｅｃａｔａｌｙｔｉｃｒａｔｅｏｆｔｈｅｒｅａｃｔｉｏｎｗａｓｅｖａｌｕａｔｅｄｂｙｃａｌｃｕ⁃ｌａｔｉｎｇｔｈｅｒｅａｃｔｉｏｎｒａｔｅｃｏｎｓｔａｎｔｋｖａｌｕｅｕｓｉｎｇｑｕａｓｉｆｉｒｓｔ⁃ｏｒｄｅｒｋｉｎｅｔｉｃｓ．ＴｈｅｒｅａｃｔｉｏｎｒａｔｅｃｏｎｓｔａｎｔｓｏｆＡｕｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓｆｏｒＭＢａｎｄ４⁃ＮＰｗｅｒｅ０．７６５８ａｎｄ０．３１６６ｍｉｎ－１，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇｔｈａｔＡｕｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓｈａｄｇｏｏｄｃａｔａｌｙｔｉｃｒｅｄｕｃｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｆｏｒＭＢａｎｄ４⁃ＮＰ．ＡｕＮＰｓ／ｌｉｇｎｉｎｐｒｅｐａｒｅｄｖｉａｌｉｇｎｉｎｒｅｄｕｃｉｎｇＡｕ（Ⅲ）ｔｏＡｕ（０）ｗａｓｕｓｅｄｆｏｒｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆｄｙｅａｎｄｎｉｔｒｏａｒｏｍａｔｉｃｐｏｌｌｕｔａｎｔｓｉｎｗａｓｔｅｗａｔｅｒ，ｗｈｉｃｈｎｏｔｏｎｌｙｒｅａｌｉｚｅｄｈｉｇｈｖａｌｕｅｕｔｉ⁃ｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｌｉｇｎｉｎ，ｂｕｔａｌｓｏａｃｈｉｅｖｅｄｅｆｆｉｃｉｅｎｔｒｅｍｏｖａｌｏｆｏｒｇａｎｉｃｐｏｌｌｕｔａｎｔｓｉｎｗａｓｔｅｗａｔｅｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｉｇｎｉｎ；ｇｏｌｄｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ；ｐｈｏｔｏ⁃ｃａｔａｌｙｔｉｃｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ；ｏｒｇａｎｉｃｃｏｎｔａｍｉｎａｎｔ；ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ㊀㊀木质素是芳香族化合物中少有的天然可再生资源之一，其含量仅次于纤维素，广泛存在于植物细胞中㊂在制浆企业生产过程中，作为工业废弃物的木质素大部分在碱回收工段进行燃料处理获得蒸汽或热能［１］，仅有５％的工业木质素用于制造分散剂㊁添加剂㊁表面活性剂和胶黏剂等高价值商业产品，大部分都没有得到合理的利用［２－３］㊂木质素分子结构中还原性的酚羟基可作为还原剂，将金属离子还原成金属单质并生长成纳米颗粒㊂柠檬酸钠是最早被用于合成金属纳米粒子的还原剂，由于柠檬酸钠还原性弱，用这种方法制备出的纳米粒子单分散性较差且纳米粒子尺寸难以调控［４］㊂相较于水合肼（Ｈ６Ｎ２Ｏ）㊁硼氢化钠（ＮａＢＨ４）等有毒还原剂，木质素可以在不添加其他外源还原剂的条件下将Ｐｔ２＋㊁Ａｇ＋㊁Ａｕ３＋等金属离子还原并生成金属纳米粒子［５］㊂这种利用木质素的还原性制备贵金属纳米粒子的方法，为开发一种新型木质纤维素高值化利用手段提供了新的切入点㊂金（Ａｕ）是化学性质最稳定的元素之一，而纳米级别的金具有独特的光电㊁物化性质及良好的生物相容性［６］；因此，在众多的纳米材料研究中，金纳米颗粒（ＡｕＮＰｓ）是被研究最多㊁最广泛以及最深入的纳米材料之一㊂ＡｕＮＰｓ在构建生物传感器㊁研究电化学催化㊁光电㊁物化性能等方面都有很广阔的应用前景㊂ＡｕＮＰｓ具有高比表面积，活泼的表面键态㊁电子态，表面电子配位不全等特点，赋予了其独特的催化活性，是催化还原染料废水中亚甲基蓝（ＭＢ）或难生化降解废水中对硝基苯酚（４⁃ＮＰ）的优良催化剂㊂作为典型的有机污染物，ＭＢ与４⁃ＮＰ广泛存在于纺织㊁造纸㊁印刷等工业废水中，因其具有较强的光稳定性和抗氧化性，很难被生物降解，对人体健康和自然环境构成严重威胁［５，７－８］㊂Ｗｕ等［９］对ＡｕＮＰｓ催化ＮａＢＨ４还原４⁃ＮＰ的性能展开了研究，结果表明ＡｕＮＰｓ具有优异的催化活性，但其高比面积和高表面能导致其稳定性差，在水溶液中极易发生聚沉，导致催化活性显著降低㊂目前已报道了多种在载体上沉积ＡｕＮＰｓ的方法，如光沉积㊁化学沉积，浸渍和化学还原等，但这些技术中的大多数在控制成本和简化实验步骤等方面受到限制㊂此外，采用传统工艺得到的ＡｕＮＰｓ通常具有多分散性，这是由于金属纳米颗粒之间的重力沉降和捕获引起的前驱体溶液分散不均匀导致的㊂而木质素的三维网状结构可以有效阻止ＡｕＮＰｓ在水溶液中发生聚沉［１０－１１］㊂笔者以木质素为还原剂，在太阳光驱动下将Ａｕ３＋还原成Ａｕ（０）并进一步生长成ＡｕＮＰｓ，替代传统制备方法中所用的水合肼㊁ＮａＢＨ４等有毒试剂［１２］，深入探究了Ａｕ３＋物质的量浓度㊁木质素质量分数㊁光照时间等不同变量对ＡｕＮＰｓ尺寸和形貌的影响；再以ＭＢ和４⁃ＮＰ为模拟污染物，探究ＡｕＮＰｓ／木质素的催化性能，揭示其光催化机理，为木质素高值化利用提供一定的理论依据㊂１㊀材料与方法１．１㊀试验材料酶解木质素由山东龙力科技股份有限公司提供；４⁃ＮＰ㊁ＭＢ㊁ＮａＢＨ４和ＨＡｕＣｌ４购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司，均为分析纯；其他试剂均为国产分析纯㊂１．２㊀酶解木质素纯化酶解木质素纯化步骤如下：１）称取３０ｇ酶解木质素，室温条件下，溶解在１００ｍＬ１ｍｏｌ／ＬＮａＯＨ中，过滤除去不溶杂质；２）在滤液中逐滴加入１０％（质量分数）ＨＣｌ，直至溶液ｐＨ＝２；３）在４０００ｒ／ｍｉｎ下离心１０ｍｉｎ，收集沉淀物并用去离子水重复多次洗涤，冷冻干燥获得粗木质素；４）称取１０ｇ粗木质素溶于１００ｍＬ丙酮，连续搅拌６ｈ，使木质素均匀溶解在丙酮中㊂然后在４０００ｒ／ｍｉｎ的转速下离心１０ｍｉｎ，收集上层清液，３５ħ下旋蒸，冷冻干燥获得纯化木质素㊂１．３㊀木质素结构表征采用ＡＧＩＬＥＮＴ１２６０型凝胶渗透色谱（ＧＰＣ，美国安捷伦）分析纯化木质素样品的分子量㊂取５０ｍｇ木质素与１ｍＬ吡啶充分混合后再加入１ｍＬ乙酸酐混合均匀，室温下避光反应４８ｈ，经乙醇和去离子水洗涤并旋转蒸发３次后，得到乙酰化木质０１１㊀第１期李茉琰，等：木质素还原制备金纳米颗粒及其催化性能素㊂使用不同相对分子质量的聚苯乙烯建立标准曲线，测试乙酰化木质素的数均分子量（Ｍｎ）㊁重均分子量（Ｍｗ）和多分散性（ＰＤ）㊂采用ＡＶＡＮＣＥⅢＨＤ６００型３１Ｐ核磁共振（３１Ｐ⁃ＮＭＲ，德国Ｂｒｕｋｅｒ）测定纯化木质素样品的羟基官能团含量㊂将０．４ｍｍｏｌ乙酰丙酮铬加入１０ｍＬ氘代吡啶中，再加入５ｍｍｏｌＮ⁃羟基琥珀酰亚胺溶液作为内标，充分溶解后即得到含有弛豫剂的内标溶液；取１５ｍｇ木质素样品置于５ｍＬ棕色样品瓶中，再依次加入４００μＬ二甲基亚砜（ＤＭＳＯ）㊁２００μＬ内标溶液和８０ｍＬ２⁃氯⁃４，４，５，５⁃四甲基⁃１，３，２⁃二氧磷杂环戊烷（ＴＭＤＰ），震荡摇匀至样品完全溶解后立即转移到核磁管中进行测试（测试参数：脉冲角９０ʎ，温度２９８Ｋ，扫描次数３２次，谱图宽度１００ˑ１０－６，等待时间６ｓ，中心频率１４５），各级分官能团含量计算公式如下［１３］：酚羟基的含量＝Ａ／Ａᶄˑ０．０１／ｗ（１）式中：Ａ为样品中酚羟基的积分面积；Ａᶄ为内标量Ｎ⁃羟基琥珀酰亚胺的积分面积；０．０１为样品溶液中３１ＰＮＭＲ的物质的量，ｍｍｏｌ；ｗ为样品质量，ｇ㊂１．４㊀金纳米颗粒／木质素分散体系制备称取１０ｍｇ纯化木质素溶于１００ｍＬ丙酮，搅拌３０ｍｉｎ得到０．１ｇ／Ｌ木质素溶液㊂按一定体积比将木质素溶液与ＨＡｕＣｌ４溶液均匀混合，在模拟太阳光（５００Ｗ氙灯）下反应１ｈ，得到ＡｕＮＰｓ／木质素悬浮液㊂ＨＡｕＣｌ４浓度分别为０．０５，０．１０，０．５０，１．００，１．５０，２．００，２．５０和３．００ｍｍｏｌ／Ｌ，ＨＡｕＣｌ４溶液与木质素溶液（０．１ｇ／Ｌ）的体积比分别为１ʒ１０，１ʒ２，１ʒ１，２ʒ１，３ʒ１，４ʒ１和５ʒ１，光照时间分别为３，５，１０，２０，３０，６０，９０，１２０，１５０，１８０和２１０ｍｉｎ㊂１．５㊀ＡｕＮＰｓ／木质素性质表征采用ＲｕｌｉＨＴ７７００型透射电子显微镜（ＴＥＭ，日本日立）观察ＡｕＮＰｓ的形貌；采用ＺＳ９０Ｘ型纳米粒度仪（美国ＭａｌｖｅｒｎＰａｎａｌｙｔｉａｌ）测定ＡｕＮＰｓ的粒径与分布；采用ＳＰＥＣＯＮＤＰＬＵＳ５０型紫外⁃可见光谱仪（ＵＶ⁃Ｖｉｓ，德国ＡｎａｌｙｔｉｋＪｅｎａ）测定ＡｕＮＰｓ悬浮液的紫外⁃可见光谱；采用ＴＨＥＲＭＯＥＳＣＡＬＡＢ２５０Ⅺ型Ｘ射线光电子能谱仪（ＸＰＳ，美国ＴｈｅｒｍｏＦｉｓｈｅｒ）分析样品组分与化合态（单色ＡｌＫａＸ射线（１４８６．６８ｅＶ），扫描范围为０．０ １３５０．０ｅＶ，通过能为３０ｅＶ，扫描数为３次）㊂１．６㊀催化性能测定利用去离子水分别配制１００ｍＬ０．１ｍｍｏｌ／ＬＭＢ和０．１ｍｍｏｌ／Ｌ４⁃ＮＰ㊂为防止ＮａＢＨ４分解，在冰水浴中配制１００ｍＬ４０ｍｍｏｌ／ＬＮａＢＨ４㊂分别将１．５ｍＬＮａＢＨ４溶液与１．５ｍＬＭＢ㊁４⁃ＮＰ在标准比色皿（光程长度为１ｃｍ）中混合，加入１００μＬＡｕＮＰｓ／木质素溶液，利用ＵＶ⁃Ｖｉｓ（测量模式为光谱扫描，扫描范围为２００ ８００ｎｍ，Ｄｅｌｔａ为２ｎｍ，速度为２００ｎｍ／ｓ）分别在６６４和４００ｎｍ处监测ＭＢ和４⁃ＮＰ特征峰的变化㊂加入不同浓度的ＡｕＮＰｓ／木质素，探究其对两种有机污染物的催化效率㊂有机污染物的光催化降解速率计算公式为：－ｌｎ（Ｃｔ／Ｃ０）＝－ｌｎ（Ａｔ／Ａ０）＝ｋｔ（２）式中：Ａ０为初始吸光度；Ａｔ为ｔ时刻吸光度；Ｃ０为污染物初始浓度，ｍｍｏｌ／Ｌ；Ｃｔ为ｔ时刻污染物浓度，ｍｍｏｌ／Ｌ；ｔ为反应时间，ｍｉｎ；ｋ为反应速率常数，ｍｉｎ－１㊂２㊀结果与分析２．１㊀结构表征２．１．１㊀木质素的结构表征酶解木质素纯化前，木质素的Ｍｎ为１８６７ｇ／ｍｏｌ，Ｍｗ为２７４４ｇ／ｍｏｌ，ＰＤ为１．４７；纯化后，木质素的分子量降低，Ｍｎ降低至８５５ｇ／ｍｏｌ，Ｍｗ降低至１２４３ｇ／ｍｏｌ，ＰＤ约为１．４５，无明显变化㊂纯化前，分子量大的木质素在丙酮中溶解度低是导致纯化木质素分子量降低的主要原因㊂纯化木质素的３１Ｐ⁃ＮＭＲ对应主要特征峰的归属及定量分析如表１所示，纯化木质素中紫丁香基酚羟基含量为１．４８ｍｍｏｌ／ｇ，愈创木基酚羟基含量为２．６５ｍｍｏｌ／ｇ，对羟苯基酚羟基含量为１．５２ｍｍｏｌ／ｇ，脂肪族羟基含量为４．３７ｍｍｏｌ／ｇ，羧基含量为２．９４ｍｍｏｌ／ｇ㊂３１Ｐ⁃ＮＭＲ分析结果表明：纯化木质素含有丰富的还原性基团（羟基），能够将Ａｕ（Ⅲ）还原成Ａｕ（０）㊂表１㊀由３１Ｐ⁃ＮＭＲ分析得到的木质素羟基含量Ｔａｂｌｅ１㊀Ｔｈｅｈｙｄｒｏｘｙｌｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆｌｉｇｎｉｎｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｂｙ３１Ｐ⁃ＮＭＲ化学位移δ信号归属纯化木质素／（ｍｍｏｌ㊃ｇ－１）１５２．５ １５１．５脂肪族羟基４．３７１４２．７ １４０．４紫丁香基酚羟基１．４８１４０．４ １３８．８愈创木基酚羟基２．６５１３８．７ １３７．４对羟苯基酚羟基１．５２１４２．７ １３７．４总酚羟基５．６５１３６．０ １３３．６羧基２．９４２．１．２㊀ＡｕＮＰｓ的结构表征ＡｕＮＰｓ／木质素的ＴＥＭ图见图１ａ，在模拟太阳光照射条件下，酶解木质素作还原剂和稳定剂，能够获得尺寸较均一且分散性良好的ＡｕＮＰｓ／木质素㊂ＡｕＮＰｓ的高分辨图像电子衍射图像（ＳＡＥＤ）见图１ｂ，经测量分析可知ＡｕＮＰｓ的晶格条纹间距１１１林业工程学报第９卷ａ）ＴＥＭ；ｂ）高分辨⁃ＴＥＭ；ｃ）木质素和ＡｕＮＰｓ／木质素的ＸＰＳ光谱；ｄ）Ａｕ４ｆ的高分辨率ＸＰＳ光谱㊂图１㊀ＡｕＮＰｓ的结构表征图Ｆｉｇ．１㊀ＳｔｒｕｃｔｕｒａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｄｉａｇｒａｍｓｏｆＡｇＮＰｓ为０．２３５ｎｍ，与文献［１４］报道的ＡｕＮＰｓ（１１１）晶面的晶格间距一致，ＡｕＮＰｓ的ＳＡＥＤ中（１１１）㊁（００２）㊁（０２２）㊁（２２２）㊁（０２４）平面的出现证明了生成的ＡｕＮＰｓ是多晶结构㊂采用ＸＰＳ对ＡｕＮＰｓ以图２㊀不同ＨＡｕＣｌ４和木质素溶液体积比下ＡｕＮＰｓ紫外⁃可见光谱图和粒径分布Ｆｉｇ．２㊀ＵＶ⁃ｖｉｓｓｐｅｃｔｒａａｎｄｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆＡｕＮＰｓｐｒｅｐａｒｅｄｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｖｏｌｕｍｅｒａｔｉｏｓｏｆＨＡｕＣｌ４／ｌｉｇｎｉｎｓｏｌｕｔｉｏｎｓ及木质素的元素组成和表面化学性质进行了表征，其ＸＰＳ全谱的测试结果见图１ｃ，相较于木质素位于２８６．８ｅＶ的Ｃ１ｓ㊁４００．２ｅＶ的Ｎ１ｓ和５３２．１７ｅＶ的Ｏ１ｓ，ＡｕＮＰｓ出现了新的Ａｕ４ｆ信号峰分别对应于Ａｕ的４ｆ５／２和４ｆ７／２位于８７．５和８３．８ｅＶ的特征峰（图１ｄ），综上可知，本研究已经成功制备了ＡｕＮＰｓ㊂２．２㊀ＡｕＮＰｓ／木质素制备工艺优化２．２．１㊀溶液体积比研究表明，Ａｕ㊁Ａｇ㊁Ｐｔ等贵金属纳米粒子在紫外可见光波段展现出很强的光谱吸收，从而发生局域表面等离子体共振（ＬＳＰＲ）的现象，ＡｕＮＰｓ的紫外吸收峰λ＝５２０ｎｍ㊂因此，ＨＡｕＣｌ４溶液／木质素溶液反应后出现的ＵＶ特征吸收峰，表明溶液中Ａｕ３＋被木质素溶液还原形成Ａｕ单质㊂此外，特征吸收峰的变化可以反映表面等离子体共振（ＳＰＲ）的频率变换，ＳＰＲ发生蓝移表明金属纳米粒子的粒径减小，ＳＰＲ发生红移表明金属纳米粒子的粒径增大［１５－１６］㊂当ＨＡｕＣｌ４溶液与木质素溶液体积比为１ʒ１时，在５２０ｎｍ处出现了比较明显的特征峰（图２ａ），表明ＡｕＮＰｓ的生成，并且随着溶液体积比的增大，５２０ｎｍ处的吸收峰逐渐变得尖锐并出现蓝移，说明ＡｕＮＰｓ的粒径随反应体系中Ａｕ３＋２１１㊀第１期李茉琰，等：木质素还原制备金纳米颗粒及其催化性能增多而逐渐减小，并且当ＨＡｕＣｌ４溶液与木质素溶液体积比为４ʒ１时，特征峰最尖锐且蓝移最大（图２ａ）㊂通过纳米粒度分析仪获得了ＡｕＮＰｓ粒径分布（图２ｂ），其中ＨＡｕＣｌ４溶液与木质素溶液体积比在不断增大时，ＡｕＮＰｓ平均粒径出现了先减小后增大的趋势㊂当两溶液体积比为４ʒ１时，此时ＡｕＮＰｓ的平均粒径最小，为３３．５４ｎｍ，与ＵＶ⁃Ｖｉｓ分析结果一致㊂这可能是因为反应体系中Ａｕ３＋的增多致使ＡｕＮＰｓ的产率随之增加，直至ＨＡｕＣｌ４溶液与木质素溶液体积比为４ʒ１，体系中的ＡｕＮＰｓ开始发生聚集，不再趋于稳定㊂因此，利用模拟太阳光催化制备ＡｕＮＰｓ时，ＨＡｕＣｌ４溶液与木质素溶液体积比为４ʒ１时获得的ＡｕＮＰｓ平均粒径最小㊂２．２．２㊀光照时间在不同光照时间下进行ＡｕＮＰｓ的还原实验，结果见图３㊂如图３ａ所示，当模拟太阳光照射１０ｍｉｎ时，在反应体系中观察到ＳＰＲ峰的出现，表明有ＡｕＮＰｓ生成㊂随光照时间的增加，ＳＰＲ强度逐渐增强，当光照时间达３０ｍｉｎ时，ＳＰＲ峰的强度不再变化，表明ＡｕＮＰｓ在该溶液体系中完成了还原；继续进行光照６０ｍｉｎ时，ＳＰＲ峰位较３０ｍｉｎ出现蓝移，随后ＳＰＲ峰又开始红移，表明生成的ＡｕＮＰｓ粒径先减小后增大，因此光照催化时间为６０ｍｉｎ时ＡｕＮＰｓ粒径达到最小㊂这一现象出现的原因可能是随着反应时间的增加，体系中不断产生ＡｕＮＰｓ而后发生聚集㊂利用纳米粒度仪测量不同光照时间下的ＡｕＮＰｓ粒径分布，如图３ｂ所示，随着光照时间的增加，ＡｕＮＰｓ的粒径在光照６０ｍｉｎ时最小（３２．６８ｎｍ），与ＳＰＲ峰测量结果一致㊂因此，模拟太阳光催化制备图３㊀不同光照时间下ＡｕＮＰｓ紫外⁃可见光谱图和粒径分布Ｆｉｇ．３㊀ＵＶ⁃ｖｉｓｓｐｅｃｔｒａａｎｄｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆＡｕＮＰｓｐｒｅｐａｒｅｄｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎｔｉｍｅｓ㊀㊀光照３０，６０和９０ｍｉｎ制得的ＡｕＮＰｓ的ＴＥＭ形貌图见图４㊂结果表明，光照时间对ＡｕＮＰｓ的形貌及尺寸影响较小㊂当光照时间为３０ｍｉｎ时，ＡｕＮＰｓ的平均粒径为４１．６３ｎｍ；当光照时间为６０ｍｉｎ时，ＡｕＮＰｓ的平均粒径为３２．６８ｎｍ；当光照时间为９０ｍｉｎ时，ＡｕＮＰｓ的平均粒径为３９．９８ｎｍ㊂ａ）３０ｍｉｎ；ｂ）６０ｍｉｎ；ｃ）９０ｍｉｎ㊂图４㊀不同光照时间生成的ＡｕＮＰｓＦｉｇ．４㊀ＭｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆＡｕＮＰｓｐｒｅｐａｒｅｄｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｉｇｈｔｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎｔｉｍｅｓ２．２．３㊀ＨＡｕＣｌ４浓度当ＨＡｕＣｌ４溶液与木质素溶液体积比和光照时间固定时，反应体系中适当的Ａｕ３＋浓度可以使木质素迅速将Ａｕ３＋还原成ＡｕＮＰｓ［１０］㊂不同ＨＡｕＣｌ４浓度下木质素还原ＡｕＮＰｓ的ＳＰＲ谱图见图５㊂如图５ａ所示，ＡｕＮＰｓ的ＳＰＲ峰随ＨＡｕＣｌ４浓度增大而逐渐增强，说明溶液中生成的ＡｕＮＰｓ不断增多㊂当ＨＡｕＣｌ４浓度为１．００ｍｍｏｌ／Ｌ时，ＡｕＮＰｓ在５２０ｎｍ处的ＳＰＲ尖锐且峰值高，说明此时ＡｕＮＰｓ粒径分布窄且产量较高；当ＨＡｕＣｌ４浓度增大至１．５０ｍｍｏｌ／Ｌ时，ＳＰＲ峰值到达最大，继续增大浓度，ＳＰＲ峰值开始逐渐减弱，半峰宽变大，峰位红移，此时生成的ＡｕＮＰｓ因体系中Ａｕ３＋的饱和而发生团聚导致粒径增大，Ａｕ核浓度也随之降低㊂不同ＨＡｕＣｌ４浓度下生成的ＡｕＮＰｓ粒径分布图见图５ｂ㊂由图５ｂ可知，随着ＨＡｕＣｌ４浓度的增加，Ａｕ３１１林业工程学报第９卷ＮＰｓ粒径表现出逐渐减小的趋势㊂直至ＨＡｕＣｌ４浓度增大至１．００ｍｍｏｌ／Ｌ时，ＡｕＮＰｓ的平均粒径最小，为３２．４１ｎｍ；此后随着ＨＡｕＣｌ４浓度的继续增加，生成的ＡｕＮＰｓ无法均匀分散在体系中而发生团聚，粒径逐渐增大，当ＨＡｕＣｌ４浓度为３．００ｍｍｏｌ／Ｌ时，ＡｕＮＰｓ的平均粒径可达７０３．８ｎｍ㊂图５㊀不同ＨＡｕＣｌ４浓度下ＡｕＮＰｓ紫外⁃可见光谱图和粒径分布Ｆｉｇ．５㊀ＵＶ⁃ｖｉｓｓｐｅｃｔｒａａｎｄｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆＡｕＮＰｓｐｒｅｐａｒｅｄｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｏｆＡｕ３＋㊀㊀在光照条件下，控制不同浓度的ＨＡｕＣｌ４溶液得到ＡｕＮＰｓ的形貌如图６所示㊂当ＨＡｕＣｌ４浓度较低时，Ａｕ３＋被还原成Ａｕ核后，由于Ａｕ３＋不足，导致Ａｕ停止生长，稳定分散在溶液中（图６ａ和ｂ）；随着Ａｕ３＋浓度的增加，被还原的Ａｕ核也越来越多，Ａｕ３＋开始附着在Ａｕ核表面上生长从而出现了不同形貌（图６ｃ）；当ＨＡｕＣｌ４浓度为１．００ｍｍｏｌ／Ｌ时，生成的ＡｕＮＰｓ浓度较０．５０ｍｍｏｌ／Ｌ时更高，尺寸更均一（如图６ｃ和ｄ）；当ＨＡｕＣｌ４浓度继续增加至１．５０ｍｍｏｌ／Ｌ时，ＡｕＮＰｓ开始出现不同程度的团聚（图６ｅ），继续增加ＨＡｕＣｌ４浓度，团聚现象加剧（图６ｆ）㊂这与图５ａ中Ａｕ３＋高于１．５０ｍｍｏｌ／Ｌ时，ＡｕＮＰｓ的ＳＰＲ峰强度降低，并伴随着红移现象的出现一致㊂因此，利用木质素在模拟太阳光催化下制备ＡｕＮＰｓ最佳的ＨＡｕＣｌ４溶液浓度为１．００ｍｍｏｌ／Ｌ㊂ａ）０．０５ｍｍｏｌ／Ｌ；ｂ）０．１０ｍｍｏｌ／Ｌ；ｃ）０．５０ｍｍｏｌ／Ｌ；ｄ）１．００ｍｍｏｌ／Ｌ；ｅ）１．５０ｍｍｏｌ／Ｌ；ｆ）２．００ｍｍｏｌ／Ｌ㊂图６㊀不同浓度ＨＡｕＣｌ４制得ＡｕＮＰｓ的ＴＥＭ图Ｆｉｇ．６㊀ＭｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆＡｕＮＰｓｐｒｅｐａｒｅｄｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｏｆＡｕ３＋２．３㊀ＡｕＮＰｓ／木质素的催化性能２．３．１㊀ＡｕＮＰｓ／木质素催化还原模型污染物室温下，以ＭＢ和４⁃ＮＰ作为有机污染物模型探究ＡｕＮＰｓ／木质素分散体系的催化活性㊂利用ＵＶ⁃Ｖｉｓ分别测定ＭＢ和４⁃ＮＰ在６６４和４００ｎｍ处的紫外吸收峰强度变化［１４，１７］㊂在３ｍＬＭＢ（０．０５ｍｍｏｌ／Ｌ）和ＮａＢＨ４（０．０５ｍｍｏｌ／Ｌ）溶液中加入１５μＬＡｕＮＰｓ／木质素分散液（１ｍｍｏｌ／Ｌ），ＭＢ在６６４ｎｍ处的特征吸收峰强度随时间的增加而逐渐减弱，并在５ｍｉｎ后趋于平缓（图７ａ）㊂ＭＢ的催化还原率在５ｍｉｎ内达９７％，ＭＢ几乎完全被还原；同样地，加入２０μＬＡｕＮＰｓ／木质素分散液（１ｍｍｏｌ／Ｌ）时催化还原率在３．３ｍｉｎ内达９５％（图７ｂ）；而当反应体系中只有ＭＢ和ＮａＢＨ４存在时，即使均匀混合１２ｍｉｎ，ＭＢ在６６４ｎｍ处的吸收峰也几乎不发生变化，这说明没有ＡｕＮＰｓ存在时，ＭＢ未发生还原反应（图７ｃ）㊂在３ｍＬ４⁃ＮＰ（０．０５ｍｍｏｌ／Ｌ）和ＮａＢＨ４（０．０５ｍｍｏｌ／Ｌ）溶液中加入５０μＬＡｕＮＰｓ／木质素４１１㊀第１期李茉琰，等：木质素还原制备金纳米颗粒及其催化性能分散液（１ｍｍｏｌ／Ｌ），随着反应时间的增加，４⁃ＮＰ在４００ｎｍ处的特征吸收峰强度逐渐减弱（图７ｄ）㊂同时，３００ｎｍ处新出现的紫外吸收峰，表明４⁃ＮＰ被逐渐催化还原成４⁃氨基苯酚（４⁃ＡＰ）㊂反应进行到７．３ｍｉｎ时，ＡｕＮＰｓ对４⁃ＮＰ的催化还原率达８２％；ＡｕＮＰｓ／木质素分散液（１ｍｍｏｌ／Ｌ）加入量为８０μＬ达８３％（图７ｅ），ＡｕＮＰｓ／木质素分散液加入量的增加使其对４⁃ＮＰ的催化还原时间明显缩短；当反应体系中只有４⁃ＮＰ和ＮａＢＨ４时，即使混合反应１２ｍｉｎ，４⁃ＮＰ在４００ｎｍ处的紫外吸收峰也基本不变（图７ｆ），这说明体系中无ＡｕＮＰｓ／木质素存在时，４⁃ＮＰ未发生催化还原㊂实验结果表明，ＡｕＮＰｓ／木质素分散体系对ＭＢ和４⁃ＮＰ均有良好的催化还原作用㊂ｄ）５０μＬＡｕＮＰｓ（１ｍｍｏｌ／Ｌ）（４⁃ＮＰ＋ＮａＢＨ４）；ｅ）８０μＬＡｕＮＰｓ（１ｍｍｏｌ／Ｌ）（４⁃ＮＰ＋ＮａＢＨ４）；ｆ）无ＡｕＮＰｓ（４⁃ＮＰ＋ＮａＢＨ４）㊂图７㊀ＭＢ和４⁃ＮＰ在６６４和４００ｎｍ处的紫外吸收峰强度变化Ｆｉｇ．７㊀ＵＶ⁃ｖｉｓｓｐｅｃｔｒａｏｆＭＢａｎｄ４⁃ＮＰｓｏｌｕｔｉｏｎｓａｄｄｅｄｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔＡｕＮＰｓｓｏｌｕｔｉｏｎｓ图８㊀ＡｕＮＰｓ催化ＮａＢＨ４催化还原准一级动力学Ｆｉｇ．８㊀Ｑｕａｓｉｆｉｒｓｔ⁃ｏｒｄｅｒｋｉｎｅｔｉｃｓｏｆｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆＭＢａｎｄ４⁃ＮＰｂｙＮａＢＨ４ｃａｔａｌｙｚｅｄｗｉｔｈＡｕＮＰｓ２．３．２㊀ＡｕＮＰｓ／木质素催化还原动力学分析为了进一步探究ＡｕＮＰｓ／木质素对ＭＢ和４⁃ＮＰ的催化还原活性，通过准一级动力学计算反应速率常数ｋ值评估反应的催化速率，ｋ值越大，催化反应速率越快㊁反应时间越短，说明ＡｕＮＰｓ／木质素的催化性能越好㊂根据ｌｎ（Ｃｔ／Ｃ０）与反应时间之间的线性关系计算反应速率常数ｋ，结果如图８所示㊂２０μＬＡｕＮＰｓ对ＭＢ和ＮａＢＨ４的催化反应速率ｋ值为０．７６５８ｍｉｎ－１，８０μＬＡｕＮＰｓ对４⁃ＮＰ和４的催化反应速率ｋ值为０．３１６６ｍｉｎ－１，说明催化剂ＡｕＮＰｓ／木质素对ＭＢ㊁４⁃ＮＰ均有较好的催化还原活性，且反应动力学常数随ＡｕＮＰｓ／木质素加入量的增加而增加㊂基于以上实验结论，提出ＡｕＮＰｓ／木质素在该条件下对于ＭＢ的催化反应机理：ＮａＢＨ４在水溶液中首先电离出Ｎａ＋离子和ＢＨ４－离子，ＢＨ４－离子提供电子诱导ＭＢ的还原；在不存在催化剂的条件下，该反应的发生需要越过一个较高的能量势垒，因而该反应自发过程十分缓慢㊂然而，当体系中引入ＡｕＮＰｓ后，Ａｕ分子５１１林业工程学报第９卷和ＢＨ４－离子与ＡｕＮＰｓ接触时，ＭＢ分子从ＡｕＮＰｓ催化剂表面获得电子，随之立即被还原和解吸，为后续的ＭＢ分子释放一个新的还原位点，并重复上述过程以确保还原反应的连续性㊂４⁃ＮＰ的还原机理同上，４⁃ＮＰ分子从ＡｕＮＰｓ催化剂表面获得电子后被立即催化还原，最终达到较高催化还原水平㊂３㊀结㊀论利用一种简单的光催化木质素还原Ａｕ（Ⅲ）的方式制备了具有优异催化还原性能的ＡｕＮＰｓ／木质素，深入探究了Ａｕ３＋浓度㊁木质素质量分数㊁光照时间等不同变量对ＡｕＮＰｓ尺寸和形貌的影响，以ＭＢ和４⁃ＮＰ为模拟污染物，探究ＡｕＮＰｓ／木质素的催化性能，揭示其光催化机理，具体结论如下：１）纯化木质素溶液作为Ａｕ３＋的还原剂和稳定剂，在光催化条件下，通过调控ＨＡｕＣｌ４溶液／木质素溶液体积比㊁光照时间以及ＨＡｕＣｌ４浓度可以制得粒径可控的ＡｕＮＰｓ㊂２）制备ＡｕＮＰｓ的最佳工艺条件为：ＨＡｕＣｌ４与木质素体积比４ʒ１，光照时间６０ｍｉｎ，ＨＡｕＣｌ４浓度１．００ｍｍｏｌ／Ｌ，其平均粒径为３２．４１ｎｍ㊂３）催化降解动力学分析证明ＡｕＮＰｓ／木质素对ＭＢ（３．３ｍｉｎ，９５％）和４⁃ＮＰ（５．７ｍｉｎ，８３％）均有较好的催化还原活性㊂参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：［１］ＷＡＮＧＢＢ，ＹＡＮＧＧＨ，ＣＨＥＮＪＣ，ｅｔａｌ．Ｇｒｅｅｎｓｙｎｔｈｅｓｉｓａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｇｏｌｄｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓｕｓｉｎｇｌｉｇｎｉｎｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ［Ｊ］．Ｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓ，２０２０，１０（９）：１８６９．ＤＯＩ：１０．３３９０／ｎａｎｏ１００９１８６９．［２］ＬＯＷＬＥ，ＴＥＨＫＣ，ＳＩＶＡＳＰ，ｅｔａｌ．Ｌｉｇｎｉｎｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ：ｔｈｅｎｅｘｔｇｒｅｅｎｎａｎｏｒｅｉｎｆｏｒｃｅｒｗｉｔｈｗｉｄｅｏｐｐｏｒｔｕｎｉｔｙ［Ｊ］．ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＮａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇ＆Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，２０２１，１５：１００３９８．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｅｎｍｍ．２０２０．１００３９８．［３］ＡＲＲＵＤＡＭＤＭ，ＤＡＰＡＺＬＥÔＮＣＩＯＡＳ，ＤＡＣＲＵＺＦＩＬＨＯＩＪ，ｅｔａｌ．ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆａｌｉｇｎｉｎｆｒｏｍＣｒａｔａｅｖａｔａｐｉａｌｅａｖｅｓａｎｄｐｏｔｅｎｔｉａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｍｅｄｉｃｉｎａｌａｎｄｃｏｓｍｅｔｉｃｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＢｉｏｌｏｇｉｃａｌＭａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，２０２１，１８０：２８６－２９８．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｉｊｂｉｏｍａｃ．２０２１．０３．０７７．［４］荆京．水解条件下柠檬酸根修饰的球形银纳米粒子的尺寸调控［Ｄ］．长春：吉林大学，２０１１．ＪＩＮＧＪ．Ｓｉｚｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｈｅｃｉｔｒａｔｅｃａｐｅｄｓｐｈｅｒｉｃａｌｓｉｌｖｅｒｎａｎｏｐａｒｔｉ⁃ｃｌｅｓｉｎｈｙｄｒｏｌｙｚｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ［Ｄ］．Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ：ＪｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１１．［５］苏秀茹，傅英娟，李宗全，等．木质素的分离提取与高值化应用研究进展［Ｊ］．大连工业大学学报，２０２１，４０（２）：１０７－１１５．ＤＯＩ：１０．１９６７０／ｊ．ｃｎｋｉ．ｄｌｇｙｄｘｘｂ．２０２１．０２０５．ＳＵＸＲ，ＦＵＹＪ，ＬＩＺＱ，ｅｔａｌ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｎｅｘｔｒａｃｔｉｏｎａｎｄｈｉｇｈ⁃ｖａｌｕｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｌｉｇｎｉｎ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＤａｌｉａｎＤａｌｉａｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０２１，４０（２）：１０７－１１５．［６］王玉先，张红漫，朱丽英，等．金属纳米团簇的合成及抗菌效应的研究进展［Ｊ］．生物加工过程，２０２２，２０（１）：８１－８７．ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２－３６７８．２０２２．０１．０１１．ＷＡＮＧＹＸ，ＺＨＡＮＧＨＭ，ＺＨＵＬＹ，ｅｔａｌ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎｔｈｅｓｙｎｔｈｅｓｉｓａｎｄａｎｔｉｍｉｃｒｏｂｉａｌｅｆｆｅｃｔｏｆｍｅｔａｌｎａｎｏｃｌｕｓｔｅｒｓ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＢｉｏｐｒｏｃｅｓｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０２２，２０（１）：８１－８７．［７］岳华东，杭梦婷，郑梦绮，等．新型的氨基稀土金属有机骨架材料的制备及光催化降解有机染料研究［Ｊ］．化工新型材料，２０２２，５０（６）：１４６－１５０．ＹＵＥＨＤ，ＨＡＮＧＭＴ，ＺＨＥＮＧＭＱ，ｅｔａｌ．Ｓｔｕｄｙｏｎｐｒｅｐａｒａ⁃ｔｉｏｎｏｆｎｅｗｔｙｐｅａｍｉｎｏＹ⁃ＭＯＦｍａｔｅｒｉａｌａｎｄｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｄｅｇｒａ⁃ｄａｔｉｏｎｏｆｏｒｇａｎｉｃｄｙｅｓ［Ｊ］．ＮｅｗＣｈｅｍｉｃａｌＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０２２，５０（６）：１４６－１５０．［８］ＣＨＥＮＹ，ＷＵＴ，ＸＩＮＧＧＬ，ｅｔａｌ．Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｒｅｅ⁃ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＦｅ３Ｏ４ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｓａｎｄｐｒａｃｔｉｃａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎａｎｃｈｏｒｉｎｇＡｕａｓｒｅｃｏｖｅｒａｂｌｅｃａｔａｌｙｓｔｆｏｒｅｆｆｅｃｔｉｖｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆ４⁃ｎｉｔｒｏｐｈｅｎｏｌ［Ｊ］．Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ＆ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｈｅｍｉｓｔｒｙＲｅｓｅａｒｃｈ，２０１９，５８（３３）：１５１５１－１５１６１．ＤＯＩ：１０．１０２１／ａｃｓ．ｉｅｃｒ．９ｂ０２７７７．［９］ＷＵＦ，ＹＡＮＧＱ．Ａｍｍｏｎｉｕｍｂｉｃａｒｂｏｎａｔｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎｒｏｕｔｅｔｏｕｎｉ⁃ｆｏｒｍｇｏｌｄｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓａｎｄｔｈｅｉｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｃａｔａｌｙｓｉｓａｎｄｓｕｒ⁃ｆａｃｅ⁃ｅｎｈａｎｃｅｄＲａｍａｎｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ［Ｊ］．ＮａｎｏＲｅｓｅａｒｃｈ，２０１１，４（９）：８６１－８６９．ＤＯＩ：１０．１００７／ｓ１２２７４－０１１－０１４２－９．［１０］张清桐，运晓静，颜德鹏，等．太阳光催化木质素制备银纳米颗粒［Ｊ］．林产化学与工业，２０１９，３９（４）：３５－４１．ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－２４１７．２０１９．０４．００５．ＺＨＡＮＧＱＴ，ＹＵＮＸＪ，ＹＡＮＤＰ，ｅｔａｌ．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｓｌｉｖｅｒｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓｂｙｌｉｇｎｉｎｕｎｄｅｒｓｏｌａｒｌｉｇｈｔｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＩｎｄｕｓｔｒｙｏｆＦｏｒｅｓｔＰｒｏｄｕｃｔｓ，２０１９，３９（４）：３５－４１．［１１］ＬＩＪ，ＺＥＮＧＨＣ．ＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｍｏｎｏｄｉｓｐｅｒｓｅＡｕ／ＴｉＯ２ｎａｎｏｃａ⁃ｔａｌｙｓｔｓｖｉａｓｅｌｆ⁃ａｓｓｅｍｂｌｙ［Ｊ］．ＣｈｅｍｉｓｔｒｙｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓ，２００６，１８：４２７０－４２７７．ＤＯＩ：１０．１０２１／ｃｍ０６３６２ｒ．［１２］ＤＡＳＳＫ，ＤＩＣＫＩＮＳＯＮＣ，ＬＡＦＩＲＦ，ｅｔａｌ．Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ，ｃｈａｒａｃｔｅ⁃ｒｉｚａｔｉｏｎａｎｄｃａｔａｌｙｔｉｃａｃｔｉｖｉｔｙｏｆｇｏｌｄｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓｂｉｏｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄｗｉｔｈＲｈｉｚｏｐｕｓｏｒｙｚａｅｐｒｏｔｅｉｎｅｘｔｒａｃｔ［Ｊ］．ＧｒｅｅｎＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，２０１２，１４（５）：１３２２－１３３４．ＤＯＩ：１０．１０３９／Ｃ２ＧＣ１６６７６Ｃ．［１３］ＺＨＡＮＧＱＴ，ＬＩＭＦ，ＧＵＯＣＹ，ｅｔａｌ．Ｆｅ３Ｏ４ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓｌｏａｄｅｄｏｎｌｉｇｎｉｎｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓａｐｐｌｉｅｄａｓａｐｅｒｏｘｉｄａｓｅｍｉｍｉｃｆｏｒｔｈｅｓｅｎｓｉｔｉｖｅｌｙｃｏｌｏｒｉｍｅｔｒｉｃｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆＨ２Ｏ２［Ｊ］．Ｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓ，２０１９，９（２）：２１０．ＤＯＩ：１０．３３９０／ｎａｎｏ９０２０２１０．［１４］ＺＨＡＮＧＱＴ，ＬＩＭＦ，ＬＵＯＢ，ｅｔａｌ．Ｉｎｓｉｔｕｇｒｏｗｔｈｇｏｌｄｎａｎｏｐａｒ⁃ｔｉｃｌｅｓｉｎｔｈｒｅｅ⁃ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｓｕｇａｒｃａｎｅｍｅｍｂｒａｎｅｆｏｒｆｌｏｗｃａｔａｌｙｔｉｃａｌａｎｄａｎｔｉｂａｃｔｅｒｉａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨａｚａｒｄｏｕｓＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０２１，４０２：１２３４４５．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｊｈａｚｍａｔ．２０２０．１２３４４５．［１５］ＣＨＥＮＸ，ＺＨＵＨＹ，ＺＨＡＯＪＣ，ｅｔａｌ．Ｖｉｓｉｂｌｅ⁃ｌｉｇｈｔ⁃ｄｒｉｖｅｎｏｘｉ⁃ｄａｔｉｏｎｏｆｏｒｇａｎｉｃｃｏｎｔａｍｉｎａｎｔｓｉｎａｉｒｗｉｔｈｇｏｌｄｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｃａｔａ⁃ｌｙｓｔｓｏｎｏｘｉｄｅｓｕｐｐｏｒｔｓ［Ｊ］．ＡｎｇｅｗａｎｄｔｅＣｈｅｍｉｅ（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＥｄｉｎＥｎｇｌｉｓｈ），２００８，４７（２９）：５３５３－５３５６．ＤＯＩ：１０．１００２／ａｎｉｅ．２００８００６０２．［１６］ＴＡＫＡＨＩＲＯＫ，ＮＡＹＡＳＩ，ＴＡＤＡＨ．Ｈｉｇｈｌｙａｃｔｉｖｅｓｕｐｐｏｒｔｅｄｐｌａｓｍｏｎｉｃｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇｏｆｇｏｌｄｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ⁃ｌｏａｄｅｄｍｅ⁃ｓｏｐｏｒｏｕｓｔｉｔａｎｉｕｍ（Ⅳ）ｏｘｉｄｅｏｖｅｒｌａｙｅｒａｎｄｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇｓｕｂｓｔｒａｔｅ［Ｊ］．ＴｈｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｈｙｓｉｃａｌＣｈｅｍｉｓｔｒｙＣ，２０１４，１１８（４６）：２６８８７－２６８９３．ＤＯＩ：１０．１０２１／ｊｐ５０９４５４２．［１７］ＺＨＡＮＧＱＴ，ＳＯＭＥＲＶＩＬＬＥＲＪ，ＣＨＥＮＬ，ｅｔａｌ．Ｃａｒｂｏｎｉｚｅｄｗｏｏｄｉｍｐｒｅｇｎａｔｅｄｗｉｔｈｂｉｍｅｔａｌｌｉｃｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓａｓａｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ⁃ｆｌｏｗｍｉｃｒｏｒｅａｃｔｏｒｆｏｒｔｈｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆ４⁃ｎｉｔｒｏｐｈｅｎｏｌ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨａｚａｒｄｏｕｓＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０２３，４４３（ＰｔＢ）：１３０２７０．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｊｈａｚｍａｔ．２０２２．１３０２７０．（责任编辑㊀李琦）６１１。
金纳米颗粒的制备及其应用研究
金纳米颗粒的制备及其应用研究金纳米颗粒是指直径在1到100纳米之间的，由金原子构成的微小颗粒。
近年来，金纳米颗粒因其独特的光学、电子性质和生物相容性而被广泛应用于生物医学、光电子学、催化、传感器等领域。
本文将介绍金纳米颗粒的制备方法及其在不同领域的应用研究。
一、金纳米颗粒制备方法目前常用的金纳米颗粒制备方法主要有以下几种：1. 化学还原法化学还原法是最常用的制备金纳米颗粒的方法之一。
该方法独特的优点在于：制备简单、容易控制成品的粒径大小和形态，并且可以大规模生产。
在此方法中，金离子被还原成金原子，并沉淀下来形成纳米颗粒。
2. 光化学还原法光化学还原法是在化学还原法基础上发展起来的一种新型制备方法。
该方法利用紫外线或可见光照射还原剂和金盐溶液，产生高能电子从而使金盐还原为金纳米颗粒。
3. 电化学还原法电化学还原法是一种简单易行的制备方法，它是利用电化学原理将金盐还原为金纳米颗粒。
该方法不仅制备简单，而且容易控制粒径，可以用来制备各种形状的纳米颗粒。
二、金纳米颗粒的应用研究1. 生物医学金纳米颗粒在生物医学中的应用研究已经受到广泛关注。
由于金颗粒具有优异的生物相容性和低毒性，因此具备良好的生物安全性。
具有机械稳定性、光学特性和化学反应活性等优点使其被广泛应用于生物医学。
2. 光电子学作为一种新型光学材料，金纳米颗粒在光电子学领域的应用也越来越广泛。
金纳米颗粒通过显著的电磁增强效应（局部表面等离激元共振）以及表面等离子共振等现象，使其成为一种独特的光谱信号增强剂，广泛应用于表面增强拉曼光谱（SERS）、局部表面等离激元共振（LSPR）和单分子荧光（SIF）等领域。
3. 催化金纳米颗粒的催化性质被广泛应用于有机反应和氧化还原反应等领域。
金纳米颗粒表面具有出色的催化活性，并且具有高度的选择性。
因此，金纳米颗粒被广泛应用于制药和化学生产等领域。
4. 传感器金纳米颗粒在传感器领域的应用也受到了广泛关注。
通过对金纳米颗粒表面修饰，不仅可以提高化学或生物传感器的灵敏性和选择性，而且还可以实现新型功能的创造，如光学、电学、磁学等。
小尺寸金纳米颗粒的制备
小尺寸金纳米颗粒的制备一、研究背景金纳米颗粒是一种具有特殊光学、电子等性质的纳米材料，在催化、生物医学、传感等领域有广泛应用。
由于尺寸效应的影响，小尺寸金纳米颗粒对表面等特征具有更为明显的影响。
因此，制备小尺寸金纳米颗粒对深入研究其性质具有重要意义。
二、制备方法目前，制备小尺寸金纳米颗粒主要有两种方法：1. 化学还原法化学还原法是一种经典的制备金纳米颗粒的方法，其原理是将金盐还原为金原子并控制其成核与生长过程。
在制备过程中，溶液的成份、温度、还原剂的种类与浓度等因素都会对金纳米颗粒的尺寸与形态产生影响。
通过调节这些参数，可以实现对金纳米颗粒尺寸的精准控制。
2. 光化学法光化学法是一种利用光的作用来控制金纳米颗粒的生长的方法。
在制备过程中，一些特定的成份被加入溶液中，并利用紫外光辐射的作用来催化反应，从而控制金纳米颗粒的尺寸与形状。
该方法具有良好的可控性与可重复性，并且在制备小尺寸金纳米颗粒时效果较好。
三、实验步骤以下是一种典型的制备小尺寸金纳米颗粒的实验步骤：1. 配制金盐溶液并加热至沸点。
2. 向溶液中滴加还原剂，并保持温度恒定。
3. 观察溶液的颜色变化，当溶液变为深红色后，停止滴加还原剂。
4. 用水洗涤收集纳米颗粒，并用扫描电镜（SEM）观察其形貌与尺寸。
5. 测量纳米颗粒的紫外-可见吸收光谱，并根据所得数据确定其粒径。
四、影响因素影响小尺寸金纳米颗粒制备的因素很多，下面列出几个重要的因素：1. 金盐浓度：金盐的浓度对纳米颗粒的尺寸有明显影响，一般情况下金盐浓度越高，纳米颗粒尺寸越大。
2. pH值：pH值对纳米颗粒的生长也有很大影响，通常情况下，越酸性溶液中纳米颗粒越小。
3. 温度：温度对金纳米颗粒的生长速度有很大影响，一个合理的温度范围可以实现对金纳米颗粒尺寸的控制。
4. 还原剂：还原剂种类不同、浓度不同，对金纳米颗粒尺寸的控制效果也不同。
不同的还原剂对小尺寸金纳米颗粒的制备有不同的优缺点。
黄金纳米颗粒的制备和应用
黄金纳米颗粒的制备和应用黄金纳米颗粒是目前研究的热点之一，因为它能够应用在多个领域，例如化学、生物学、药品等领域。
这些应用需要经过一定的制备工艺，才能得到高质量、高稳定性的黄金纳米颗粒。
第一部分：概述黄金纳米颗粒是直径在1到100纳米之间的金属颗粒。
与大尺寸的黄金粒子相比，黄金纳米颗粒具有更高的比表面积，更好的生物相容性和更强的化学稳定性。
因此，它们被广泛用于生物成像、药物传递、传感器和化学催化等应用领域。
第二部分：黄金纳米颗粒的制备方法制备黄金纳米颗粒有多种方法，下面简单介绍几种典型的制备方法：1. 化学还原法：这种方法利用还原剂（如氢气或硼氢化钠）将黄金离子还原为金属，生成黄金纳米颗粒。
这种方法适合制备中等尺寸的颗粒，并且制备的颗粒质量较高，但是需要使用有毒的还原剂。
2. 光化学法：这种方法利用光化学反应或激光辐射将黄金离子还原为金属。
由于该方法可以在水溶液中进行，因此对环境友好，但是需要较长的反应时间。
3. 纳米压制法：这种方法将压缩空气或氮气压缩到超过1000 atm的高压下，使气体渗入液态样品中，形成泡沫。
泡沫中的液滴内部有高温和高压，并在这些条件下生成纳米颗粒并聚集成群。
虽然这种方法可以制备大量纳米颗粒，但部分颗粒会结团，形成较大颗粒。
第三部分：黄金纳米颗粒在生物医药中的应用1. 生物成像：黄金纳米颗粒有很强的吸收和散射光线的特性，这使得它们成为可调光学信号的良好体系。
这种特性使得黄金纳米颗粒成为一种重要的生物成像剂，这样在药物传输、疾病诊断和治疗方面都具有广泛的应用。
2. 药物运输：黄金纳米颗粒被广泛用于药物传递领域。
这种颗粒能够自组装成多孔的球状结构，能够容纳化学药物和生物大分子，这样可以保护这些物质，降低毒性，并有利于药物的释放。
3. 医学检测和治疗：黄金纳米颗粒还可以用于医学检测和治疗，例如利用金纳米颗粒生物功能化合物对诊断样本作出快速、灵敏、直观的检测。
并且，黄金纳米颗粒还可以用于癌症和艾滋病等疾病的治疗。
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不同还原剂对金纳米颗粒合成的影响摘要：研究了通过步步种子生长法用盐酸羟胺或抗坏血酸作为还原剂对金纳米颗粒形貌、粒径、单分散性的影响。
用UV-vis和TEM对金纳米颗粒的光学性质和形貌进行了表征。
研究结果表明由于盐酸羟胺的还原性弱于抗坏血酸，不会发生二次成核，因此合成的金纳米颗粒的单分散性较好。
关键词：金纳米颗粒；种子生长法；单分散性；二次成核纳米颗粒和其大小、形状有关的性质引起了科学家门的兴趣[]。
因此特定大小和形状的纳米颗粒合成是非常重要的，特别在纳米工程方面[]。
合成金纳米颗粒所用的还原剂很多，例如用Na BH4作还原剂合成了粒径小于10nm的金溶胶[]；在CTAB的保护下用抗坏血酸合成了粒径5-40nm的金溶胶[]。
但是柠檬酸钠是最常用的还原剂[]。
通过变换柠檬酸钠和氯金酸的浓度比，合成了粒径从10nm到150nm的金溶胶[]。
可是，合成的粒径大于30nm的金溶胶的单分散性越来越差[]。
这种方法的重现性不仅差，而且溶液需要被煮沸。
多分散的金溶胶限制了其在胶体稳定性、光散射、流变学、标准颗粒、生物膜等方面的应用[]。
我们通过步步种子生长法分别用盐酸羟胺和抗坏血酸作为还原剂合成了粒径从22nm到76nm的金溶胶。
研究发现用还原性弱的盐酸羟胺合成的金溶胶的单分散性明显好于用还原性强的抗坏血酸合成的。
并且用盐酸羟胺的合成方法的重现性很好。
2实验2.1试剂和仪器二水合柠檬酸三钠（AR）、盐酸羟胺（AR）、氯金酸（AR）、抗坏血酸（AR），以上实验药品都购自国药集团化学试剂有限公司；UV-2102PC型分光光度计（尤尼柯（上海）仪器有限公司），JEM-2100透射电子显微镜（日本电子株式会社）。
2.2 实验方法1%的氯金酸（溶液1）、38.8mM柠檬酸钠溶液（溶液2）、0.2M的盐酸羟胺溶液（溶液3）、0.2M的抗坏血酸溶液（溶液4）被准备。
实验所用水为二次水，实验所用玻璃仪器都用王水浸洗，再用二次水冲洗三遍。
13.3nm金种子的制备在剧烈搅拌下，将3ml溶液1加入到243ml水中，煮沸15分钟后，快速加入8.5ml溶液2，煮沸15分钟。
最后使金溶胶在搅拌下冷却到室温。
第一种方法：盐酸羟胺作还原剂的金溶胶的合成种子增长四个锥形瓶分别被标记为A、B、C、D。
在A中，在剧烈搅拌下，36ml 金种子溶胶加入到135ml水中，接着1.25ml溶液3被加入，最后1.5ml溶液1被快速加入。
继续搅拌30分钟。
这样得到的金溶胶的大小是22.3±1.5nm。
在B中，在剧烈搅拌下，28mlA溶胶加入到75ml水中，接着0.56ml溶液3被加入，最后1ml溶液1被快速加入。
继续搅拌30分钟。
这样得到的金溶胶的大小是37.6±2.7nm。
在C中，在剧烈搅拌下，55mlB溶胶加入到50ml水中，接着0.38ml溶液3被加入，最后1ml溶液1被快速加入。
继续搅拌30分钟。
这样得到的金溶胶的大小是55.4±3.3nm。
在D中，在剧烈搅拌下，50mlC溶胶加入到50ml水中，接着0.38ml溶液3被加入，最后1ml溶液1被快速加入。
继续搅拌30分钟。
这样得到的金溶胶的大小是76.0±4.5nm。
第二种方法：抗坏血酸作还原剂的金溶胶的合成种子增长四个锥形瓶分别被标记为A、B、C、D。
在A中，在剧烈搅拌下，36ml 金种子溶胶加入到135ml水中，接着1ml溶液4被加入，最后1.5ml溶液1被快速加入。
继续搅拌30分钟。
这样得到的金溶胶的大小是22.1±4.5nm。
在B中，在剧烈搅拌下，28mlA溶胶加入到75ml水中，接着0.6ml溶液4被加入，最后1ml溶液1被快速加入。
继续搅拌30分钟。
这样得到的金溶胶的大小是36.1±6.1nm。
在C中，在剧烈搅拌下，55mlB溶胶加入到50ml水中，接着0.5ml溶液4被加入，最后1ml溶液1被快速加入。
继续搅拌30分钟。
这样得到的金溶胶的大小是53.1±9.8nm。
在D中，在剧烈搅拌下，50mlC溶胶加入到50ml水中，接着0.5ml溶液4被加入，最后1ml溶液1被快速加入。
继续搅拌30分钟。
这样得到的金溶胶的大小是75.1±14.0nm。
3.结果与讨论关于单分散溶胶的形成机理，一个较传统的说法是LaMer的观点[]。
他认为单分散溶胶的形成分两个步骤完成：第一步，快速爆发式成核；第二步，核的均一生长。
这意味着要制备单分散溶胶，成核过程和生长过程必须完全分离。
但在实际工作中，成核过程和生长过程是很难完全分离。
因为除反应物浓度外，还有许多因素都可影响上述两个步骤。
常见的因素有试剂纯度、PH值、老化时间、老化温度、添加剂性质与浓度、搅拌方式、容器清洁程度等，所以只有在非常严格的实验条件下，实验才能重现[]。
步步种子生长法可以克服上述困难。
以小尺寸的金纳米颗粒为成核中心，弱的还原剂和生长液反应生成的原子簇不会成为新的成核中心，而是沉积在核的表面并且生长为较大尺寸的颗粒，这样可以获得单分散性较好的金溶胶。
通过控制氯金酸和种子金的浓度比，我们制备了一系列不同大小的金溶胶。
在热力学上，氯金酸能被盐酸羟胺还原生成单质金[]，因为AuCl-4/Au的标准还原电极电势（+1.00 V）大于N2/NH3OH+的（-1.87 V）,但在动力学上是不可行的。
小尺寸的金纳米颗粒可以促进上述反应的进行[]，因为其有非常大的比表面积。
图1表明小尺寸的金纳米颗粒加入前后上述反应的紫外光谱变化情况。
加入前，2.40ml0.01%氯金酸和0.100ml40mM盐酸羟胺反应30分钟后，没有看到金溶胶的等离子体共振峰，说明没有新的金纳米颗粒形成。
加入后，在537nm处，出现了金溶胶的等离子体共振峰。
此峰不是加入的金纳米颗粒的，因为其浓度很小，其等离子体共振峰很低。
以金纳米颗粒为核，通过上述反应生成的金原子沉积在其表面，形成了更大的金纳米颗粒。
因此小尺寸的金纳米颗粒使羟胺和氯金酸的反应在动力学上变得可行。
利用上述反应的特点，我们实现了成核和生长的分离，获得了单分散性较好的金溶胶。
4005006007008000.00.10.20.30.40.50.60.70.8A b s o r b a n c eWavelength(nm)312图1 粒径为13nm 的金纳米颗粒加入前后，氯金酸和盐酸羟胺反应液的紫外光谱 1.2.40ml0.01%氯金酸和0.100ml40mM 盐酸羟胺反应30min 后的紫外光谱图 2.加入0.050ml13nm 的金纳米颗粒后，2.40ml0.01%氯金酸和0.100ml40mM 盐酸羟胺反应后的紫外光谱图 3.与2相同浓度的13nm 的金纳米颗粒的紫外光谱图我们通过步步种子生长法合成了一系列不同大小的金溶胶。
把粒径为13nm 的金颗粒作种子合成粒径为22nm 的金溶胶；再把粒径为22nm 的金纳米颗粒作种子合成了粒径为37nm 的金溶胶。
依此类推，合成了最大粒径为76nm 的金溶胶（表1）。
Table 1.Date for Gold NanoparticlesD m ,% SD D c λmax PWHM A max ε,M cm (nm) (nm) (nm) (nm) (moles particles)种子 13.0±1.1 518 84 0.92 2×108A 22.3±1.5 22 519 72 0.90 109B 37.6±2.7 36 526 84 1.15 4×109C 52.3±3.4 48 536 108 1.40 1010D 76.0±4.5 63 559 154 1.40 2×1010D m ，D c ，λmax ，PWHM ，A max ，ε分别表示测量得到的粒径，计算得到的粒径，吸收峰波长，半分宽，吸光度最大值，摩尔吸光系数。
表1中计算得到的粒径是通过公式：r=r seed {([M added ]+[M seed ])/[M seed ]}1/3得到的，其中r 和r seed 分别表示更大颗粒和种子的半径，[M added ]和[M seed ]分别表示被加入的离子和种子的浓度。
从表1中我们可以看到随着颗粒的粒径增大，标准差也在不断增大，说明合成的金溶胶的单分散性越来越差。
而且测量的结果与计算的相差越来越大，但是还是能通过上述公式来估计合成的金溶胶粒径的大小。
摩尔吸光系数k 是通过公式吸光度A=k[N]L 得到。
其中[N]表示金纳米颗粒的浓度，L 表示吸收层的厚度。
表中的数据是在520nm 处得到的。
颗粒浓度的确定是基于17g/cm -3的金密度。
摩尔吸光系数随着颗粒粒径的增大而线性增大，并且大于或等于有机染料的。
我们得到的摩尔吸光系数与其他人得到的是一致的[]。
图2，3，和4分别代表了金溶胶的归一化后的紫外吸收光谱、电镜和粒径分布图。
0.00.20.40.60.81.0A b s o r b a n c eWavelength图2 不同大小金纳米颗粒归一化后的紫外吸收光谱从表1和图2得知随着金纳米颗粒粒径的增大，λmax 不断增大。
金纳米颗粒的粒径增大了4.8倍，而λmax 仅仅增大了0.1倍。
根据Mie 的理论，当颗粒粒径小于25nm 时，颗粒粒径越大，半分宽越小；当颗粒粒径大于25nm 时，正好相反[]。
我们得到的结果与Mie 的理论是一致的。
种子 AB CD图3 不同大小金纳米颗粒的TEM图我们从图3可以看到金纳米颗粒的粒径在不断增大。
当颗粒粒径增大到37nm时，棒状颗粒开始出现，其含量为5-10%。
随着颗粒的增大，颗粒的标准差从1.1nm 增大到4.5nm，颗粒的球形度降低，单分散性变差。
这是因为随着颗粒的不断长大，核的均一生长性越来越差。
这一点也可以从下面的颗粒粒径分布图得到确认。
a b u n d a n c ediameter/nma b u n d a n c ediameter/nm种子 Aa b u n d a n cediameter/nm a b u n d a n c ediameter/nmBCa b u n d a n c ediameter/nmD图4 不同大小金纳米颗粒的粒径分布图我们还用抗坏血酸作为还原剂通过步步种子生长法合成了不同大小的金溶胶。
因为AuCl -4/Au 的标准还原电极电势（+1.00V ）大于抗坏血酸的（+0.13V ），所以抗坏血酸与氯金酸的反应在热力学上是可行的。
上述反应在动力学上也是可行的。
当0.2M 的抗坏血酸溶液加入到0.01%的氯金酸溶液中时，我们会看到氯金酸的黄颜色消失，溶液变为黑紫色，30min 后，溶液的颜色变为酒红色，说明生成了金纳米颗粒，如图5所示。