金纳米粒子合成

摘要

提出了在有机溶剂中合成直径约12纳米的金纳米粒子（Au纳米粒子）的协议。金纳米粒子用油胺脂蛋白封顶，以防止聚集。金纳米粒子可溶于甲苯等有机溶剂中。

摘要

直径约12纳米的金纳米粒子（Au纳米粒子）通过在3.0克（3.7 mmol）中快速注入150毫克（0.15 mmol）的四氯酸溶液进行合成， 3.6 mL）的油胺（技术等级）和3.0 mL的甲苯在147 mL的甲苯中放入5.1克（6.4毫米醇，8.7毫升）的沸腾溶液中。在煮沸和混合反应溶液2小时时，反应混合物的颜色从透明变为浅黄色，变为浅粉色，然后慢慢变为深红色。然后关闭热量，并允许溶液逐渐冷却到室温1小时。然后，用离心机收集金纳米粒子并与溶液分离，洗三次:通过在10mL的甲苯部分旋转和分散金纳米粒子，然后通过加入40mL的甲醇部分并在离心机中旋转它们来沉淀金纳米粒子。然后，解决方案被拆除，以删除任何剩余的副产品和未经反应的起始材料。在真空环境中干燥金纳米粒子产生固体黑颗粒:可长期储存（最多一年）供以后使用，然后重新溶解在有机溶剂中，如甲苯。

引言

金纳米粒子是一种有趣而有用的纳米材料，是许多研究和应用的主题:如生物学^1、医学^2、纳米技术³和电子设备^4。对金纳米粒子的科学研究可追溯到1857年，当时迈克尔·法拉第对金纳米粒子⁵的合成和特性进行了基础研究。合成金纳米粒子的两种主要"自下而上"技术是柠檬酸盐还原法^6、7、8和有机双相合成法^9、10。"Turkevich"柠檬酸盐还原法在直径在20纳米以下产生相当单分散的金纳米粒子，但直径在20纳米以上的金纳米粒子的多散率增加:而"布鲁斯特-希夫林"两相法使用硫/硫磺配体稳定^{生产直径达}11纳米的金纳米粒子。使用这些方法预合成的金纳米粒子解决方案可在商业上获得。对于不需要大批量、高单分散度和大直径金纳米粒子的应用，从供应商那里购买和使用这些预合成的金纳米粒子可能就足够了。然而，储存在溶液中的金纳米粒子，如许多市售的纳米粒子，随着纳米粒子开始聚集并形成聚类，可能会随着时间的推移而降解。或者，对于大型应用，需要频繁或长期使用金纳米粒子的长期项目，或对金纳米粒子的单一性和尺寸有更严格的要求的项目，最好自己进行金纳米粒子合成。通过执行金纳米粒子合成过程，我们有机会控制各种合成参数，如所生产的金纳米粒子的数量、金纳米粒子的直径、金纳米粒子的单分性以及用作封盖配体的分子。此外，这种金纳米粒子可以作为固体颗粒储存在干燥的环境中，有助于保存金纳米粒子，以便它们可以在以后的时间，长达一年后，在质量上降解最小。此外，通过大量制造金纳米粒子，然后将其储存在干燥状态，使其持续更长时间，也有可能节省成本和减少浪费。总的来说，合成金纳米粒子本身提供了令人信服的优势，可能不可行与市售的金纳米粒子。

为了实现金纳米粒子合成的诸多优势，本文提出了金纳米粒子合成工艺。所描述的金纳米粒子合成过程是由平松和奥斯特洛¹²开发的过程的修改版本。黄金纳米粒子通常使用这种合成过程合成，直径约12纳米。用于执行金纳米粒子合成过程的主要化学试剂是四氯酸（HAuCl_4）、油胺和甲苯。氮手套箱用于为金纳米粒子合成过程提供惰性干燥环境，因为四氯酸对水/湿度敏感。金纳米粒子用油胺脂蛋白分子封装，以防止金纳米粒子在溶液中聚集。在合成过程结束时，金纳米粒子在真空环境中干燥，以便它们可以储存和保存在干燥状态下供以后使用，最晚一年后使用。当金纳米粒子准备使用时，它们可以再注入溶液中的有机溶剂，如甲苯。

方案

化学量:
注:为了获得纳米粒子合成的适当化学量，请将"纳米粒子合成"表（Osterloh 研究第¹²条支持信息的第 2 页）上的初始量乘以 3，并稍作修改。 表1 显示了注射液、沸腾溶液、洗涤/净化溶液和金等溶液所需的化学量。

金纳米粒子合成过程的清洁和准备（第1天）
注:以下步骤可在合成过程的第一天完成。

1. 在准备金纳米粒子合成之前需要检查和确保的事情

注意:在使用烟罩时，请佩戴个人防护设备（PPE），如氮化物手套、安全眼镜/护目镜和实验室外套，确保在烟罩和酸湿长凳上进行合成前的清洁和制备:同时在使用酸湿长凳时还佩戴化学手套、化学礼服、面罩和护目镜。

1. 确保有一个氮手套箱，其中执行溶剂/试剂制剂和合成/化学反应过程。
   注意:如果没有氮手套箱，可以改用烟气罩（可能使用施伦克线），尽管氮手套箱中的惰性大气应通过保持四氯酸的纯度（HAuCl_4）产生更高质量的纳米粒子。如果可能，应在惰性大气或氮手套箱中制备含有四氯酸的金纳米粒子注射液。
2. 确保在金纳米粒子合成过程中，用夹子站立在氮手套箱中，以保持和支持凝结管。
   注意:这个带有夹子的支架还允许将冷凝管抬起并悬挂在反应容器上，同时将甲苯、四氯酸和油胺溶液注入反应容器中。
3. 确保带磁搅拌器和圆形凹陷容器的加热器与玻璃纤维衬里（用于保持和支持反应容器球体，加热反应容器和旋转磁搅拌器棒）位于氮手套箱中。
4. 确保氮手套箱内有两根橡胶软管（用于将凝结管连接到进水口/出水口）。
5. 确保能够达到毫克（毫克）分辨率的微平衡位于氮手套箱中。
6. 确保有足够的化学试剂和溶剂用于清洁和合成过程（见表1）。
   注:最好使用新鲜/新高纯度（≥99.8%）从未打开或暴露于空气/水中的甲苯和甲醇。最好使用储存在冰箱中的新鲜/新的四氯酸（HAuCl_4），直到它被转移到氮手套箱才打开。四氯酸不应随时暴露在空气或水/湿度中，只应打开氮手套箱，并在打开氮手套箱后存放在氮手套箱中。最好使用新的油胺，油胺也应储存在氮手套箱中。全新或不足1岁的四氯酸和油胺应产生更好的效果。
7. 确保氮手套箱内有塑料袋、XL氮化物手套、洁净室湿巾和铝箔。

2. 清洁化学反应玻璃器皿（金纳米粒子合成前）

注意: 黄金蚀刻 Tfa 和水雷吉亚具有腐蚀性。佩戴必要的个人防护装备（PPE），如化学手套、化学礼服、护目镜和护脸罩。只在穿着必要的 PPE 时在酸湿长凳上处理腐蚀性溶液。

1. 在酸湿长凳上，将连接在冷凝器管上的玻璃反应容器放入 600 毫升烧杯中以供支撑，并将冷凝管的侧面靠在酸湿长凳的侧壁上以获得进一步支撑。
2. 将约 150 毫升的金蚀刻 TFA 溶液和约 150 毫升的 DI 水（1:1 混合物）倒入凝结管和反应容器玻璃器皿中，清洁化学反应玻璃器皿（凝结管、反应容器、玻璃移液器）和磁性搅拌棒。将磁搅拌棒和长玻璃分级移液器放入炼金管中，让金等 TFA 浴池静置并清洁玻璃器皿 30 分钟。
   注: 补充图1 显示用黄金等清洁的化学反应玻璃器皿。
3. 30分钟后，将玻璃器皿分离，将冷凝管和反应容器之间的密封物分离，将所有黄金等溶液收集到反应容器中，并将用过的金等溶液倒入酸湿长凳上的400毫升烧杯中。
   注:合成过程结束后，黄金等溶液将重新使用以清洁化学反应玻璃器皿。
4. 静止在酸湿的长凳上，用DI水洗化学反应玻璃器皿和磁搅拌棒3-4次，冲出剩余的金等溶液，然后让化学反应玻璃器皿和磁搅拌棒在DI水浴中再浸泡30分钟。
5. 坐在DI水浴池里30分钟后，清空水，用DI水枪将水冲下酸湿的长凳排水沟。用氮气枪把玻璃器皿吹干。
6. 在烟气罩中，用丙酮、甲醇和异丙酚冲洗，清洁化学反应玻璃器皿（凝结管、反应容器、玻璃移液器）和磁性搅拌棒:然后用氮气吹干玻璃器皿。将脏溶剂丢弃在易燃废品瓶中。
7. 在酸湿的长凳上，用DI水清洗化学反应玻璃器皿和磁搅拌棒，然后用氮气吹干玻璃器皿。
8. 在烟罩中，用甲苯清洁化学反应玻璃器皿和磁性搅拌棒，然后用氮气吹干玻璃器皿。将脏甲苯溶液丢弃到易燃废液中。
9. 用铝箔（特别是玻璃器皿的开口/端口）盖住化学反应玻璃器皿（凝结管、反应容器、玻璃移液器）和磁搅拌棒，以保持玻璃器皿的清洁。用钳子将几个小孔插入铝箔中，以便水从玻璃器皿中蒸发。

3. 清洁其他玻璃器皿和合成用品

1. 在烟气罩中，清洁其他玻璃器皿（例如，400 毫升玻璃烧杯、5 毫升小分级玻璃缸、两个带有 PTFE 衬里盖的非水性 20 mL 玻璃瓶），以及带有丙酮、甲醇或等醇和 DI 水的用品（如金属铲/勺子、钳子）:然后吹干其他玻璃器皿和氮气供应。将脏溶剂丢弃在易燃废品瓶中。
2. 如果玻璃器皿或用品上有任何残留物，请用清洁室擦拭或用肥皂和丙酮/异丙丙醇清洗，直到残留物消失。然后用丙酮、甲醇和异丙酚溶剂再次冲洗，然后用氮气将玻璃器皿吹干。
3. 在烟罩中，清洁其他玻璃器皿和用品:然后吹干其他玻璃器皿和氮气供应。将脏甲苯溶液丢弃到易燃废液中。
4. 在烟气罩中，用丙酮、甲醇或异丙酚和甲苯清洁50mL锥形离心机管:然后用氮气吹干它们。
5. 用铝箔盖住其他玻璃器皿和用品，特别是玻璃器皿的开口/端口，以保持玻璃器皿的清洁。用钳子将几个小孔插入铝箔中，以便水从玻璃器皿中蒸发。确保盖子在 50 mL 离心机管上。
6. 用阀门清洁橡胶移液灯泡，用异丙酚擦拭，然后使用阀门将一些异丙酚（例如，从异丙酚挤压瓶中喷入一些）放入灯泡中，并将异丙酚喷入易燃废液瓶中。确保灯泡上没有残留物。用氮气吹干灯泡，用铝箔盖住灯泡。
   注: 补充图2 显示清洁后的玻璃器皿和用品。

4. 将化学品、玻璃器皿和用品转移到氮手套箱中

1. 在手套箱手套上使用一双新鲜的 XL 氮化物手套，用于处理氮手套箱内的物品和化学品。
2. 将新的化学瓶（甲苯和甲醇）放入氮手套箱（通过将它们转移到负载锁中，然后泵送下来，用真空泵去除环境空气，然后用氮清除负载锁）。确保氮手套箱中还存在用于使用/脏甲苯的易燃废气瓶。
3. 确保四氯酸（HAuCl_4）和油胺也存放在氮手套箱中，以防止接触氧气和水/湿度。
4. 放置化学反应玻璃器皿（凝结管、反应容器、玻璃移液器）、磁搅拌棒、50毫升锥形离心机管、 和其他玻璃器皿（例如，400毫升玻璃烧杯、5毫升小分级玻璃缸、两个带PTFE衬里盖的非水性20毫升玻璃瓶）和其他用品（例如，塑料袋中的微皮瓣、新的清洁微皮尖、金属铲/勺子、钳子、阀门移液灯泡）在手套箱负载锁中。关闭负载锁门，将负载锁泵下以吸尘，在真空中放置 2 分钟，用氮清除负载锁，然后将物品转移到氮手套箱内。
   注意:任何残余的水和溶剂在将负载锁泵入真空时，应在负载锁中蒸发，然后用氮清除负载锁。
5. 将物品转移到氮手套箱内后，使用另一层铝箔来掩盖铝箔上覆盖的铝箔和铝箔孔的物品（尤其是玻璃器皿），以遮盖孔洞，防止物品在氮手套箱内变脏。
6. 将清洁物品放在氮手套箱中过夜，氮气循环，从氮手套箱内去除和过滤掉任何残留的水/水分/湿度。

金纳米粒子合成过程（第2天）
注:以下步骤可在合成过程的第二天完成。

5. 在氮手套箱中设置和清洁化学反应玻璃器皿和用品

1. 开始设置和清洁化学反应玻璃器皿和氮手套箱中的用品。在氮手套箱内，将玻璃纤维网状容器顶部放置在加热器/搅拌器顶部，并将凝结管放在玻璃反应容器上，用夹子支撑凝结管。
   注: 补充图3 显示金纳米粒子合成实验设置。
2. 确保磁搅拌棒位于玻璃反应容器内。将约200毫升的甲苯倒入玻璃反应容器中。将带有约 200 毫升甲苯的玻璃反应容器放在搅拌加热的地衣上，并将玻璃凝结管放入反应容器中。
3. 将氮手套箱内的两根软管连接到凝结管的水入口和出水口。
4. 在氮手套箱外，将出水口排水管的末端放入相邻的烟气罩中的排水储液池/水槽中。使用夹子或胶带保持软管，并将软管向下插入排水管。
5. 将供水入口软管连接到相邻烟气罩上的供水管。
6. 慢慢打开并监测水，以确保水轻轻地流过凝结管的外室。根据需要调整水流，稍微打开/关闭水阀。
7. 允许水流经凝结管底部的入口端口、凝结管上，以及凝结管顶部的出水口。
8. 确保供水中无大气泡，确保水管机械稳定。
   注:当化学反应容器中煮沸溶液时，从冷凝管底部缓慢地将一些水流到冷凝器管容器外室，流到冷凝管顶部，使水慢慢通过排水管排出。这种缓慢但连续的水流将冷却冷凝管，并有助于凝结和回忆煮沸的蒸汽。
9. 确保水轻轻地流过冷凝管冷却。
10. 不断将新鲜氮气流入氮手套箱，以清除手套箱。通过在氮手套箱上拉一个轻微的真空，使氮气和甲苯蒸汽从手套箱中抽出，从而持续通风氮手套箱。
    注意:在拉真空吸尘器时，稍微打开氮手套箱和负载锁之间的均等阀，在氮手套箱上稍稍拉动一个真空。不要完全打开均衡阀，否则真空水平和氮气流量会过高。随着时间的推移，流动的氮气足以持续冲出手套箱中的甲苯/化学蒸汽并通气。真空排气管应排入烟罩中。
11. 开始加热，用搅拌和加热地衣上的磁搅拌器搅拌甲苯。让甲苯接近一个温柔的沸腾。不要接近或超过甲苯的闪光点温度:开始沸腾时减少热量。
12. 让甲苯沸腾并蒸发30分钟，磁搅拌棒搅拌以清洁反应玻璃器皿（反应容器和凝结管）。
    注意:蒸发的甲苯会在冷凝管中冷却和凝结，然后滴回反应容器中。
13. 30分钟后，关闭加热器和磁搅拌器，让甲苯冷却几分钟，直到甲苯停止蒸发和凝结在反应容器内。
14. 甲苯冷却后，小心地抬起冷凝管，用夹子支撑其，将其悬挂在反应容器上方。请务必拧紧夹子并正确支撑凝结管，因为它可能不稳定。
15. 将反应容器中的甲苯倒入 400 毫升玻璃烧杯中。小心不要不小心倒出磁搅拌棒。将反应容器放回加热和搅拌地衣上。
16. 在 400 毫升玻璃烧杯中旋转甲苯以清洁烧杯。倒出并丢弃脏/用过的甲苯到易燃废料瓶中。用一些新鲜的甲苯再次清洁400毫升玻璃烧杯，然后将用过的甲苯丢弃到易燃废品瓶中。

6. 甲苯 + 奥莱胺沸腾溶液制备

注意:奥莱胺是有毒和腐蚀性的，所以要小心处理它。如果在氮手套箱外处理油胺，则佩戴必要的个人防护设备（PPE），如化学手套、化学礼服、护目镜和面罩。如果在氮手套箱内处理油胺，请务必用新的/干净的 XL 氮化物手套盖住手套盒手套。小心不要不小心洒了油胺。一些清洁室湿巾可以放在手套箱内的实验室长凳表面，以帮助吸收任何小泄漏。

1. 在氮手套箱内，在反应容器中煮沸 147 mL （~150 mL） 的甲苯和 8.7 mL （~9 mL） 的油胺溶液。
   1. 使用 400 毫升玻璃烧杯测量 147 毫升（约 150 毫升）的甲苯。将 147 毫升（约 150 mL）的甲苯从玻璃烧杯倒入反应容器中。
   2. 使用 5 毫升小玻璃分级气缸仔细测量 8.7 毫升 （~9 毫升） 的油胺。首先仔细测量并倒入4毫升，然后4.7毫升的油酰胺从小玻璃分级圆柱体进入反应容器。
2. 小心地将凝结管再次降低到玻璃反应容器中。
3. 确保水轻轻地流过冷凝管的外腔，冷却、凝结并收集甲苯和油胺蒸汽。
4. 加热和搅拌反应容器中的油胺和甲苯溶液，使溶液接近缓慢/温和的沸腾（使用搅拌和加热地衣，磁搅拌棒旋转以混合溶液）。一旦油胺和甲苯溶液达到温和沸腾，将热量调低一点，使其慢慢沸腾。不要接近或超过甲苯的闪光点。

7. 四氯酸、奥莱胺和甲苯注射液制备

1. 开始准备注射液（150毫克四氯酸，3.6毫升油胺，3.0毫克甲苯）。
2. 确保四氯酸是新鲜的或未暴露在空气、水、湿气或湿度中。取出保护四氯酸免受空气和水分的实验室膜或密封。
   注意:四氯酸对水/水分/湿度非常敏感。应尽一切努力防止四氯酸粉暴露在空气/水中。四氯酸装在密封袋中，新的集装箱容器用蜡密封，以防止水蒸气进入新容器。一批新的四氯酸价格约为100美元，但如果不是暴露在水蒸气中，它应该会持续一年。将新的未开封批次的四氯酸存放在冰箱中。在打开之前，将一批未开封的四氯酸转移到氮手套箱中。只有当湿度达到适当低和稳定的水平（相对湿度低于0.8%）时，才能在氮手套箱中打开一个新的四氯酸容器。打开四氯酸后，将四氯酸存放在氮手套箱中。打开四氯酸后，将实验室膜包裹在容器盖上，以帮助密封容器，防止水蒸气和污染物进入容器。
3. 在氮手套箱中，将两个非水性 20 mL 玻璃瓶中的一个与 PTFE 衬里盖放在微平衡/比例尺上，并取出 PTFE 衬里盖。
4. 在开始称出四氯酸粉之前，请务必与秤上的 20 毫升玻璃瓶"重新零"或"tare" 微平衡。
5. 在氮手套箱中，用小金属铲将四氯酸粉从容器中沉积到20毫升玻璃瓶的微平衡中，以150毫克的四氯酸粉为测量重量。
6. 从其他非水性 20 毫升玻璃瓶（目前未处于微平衡的空玻璃瓶）中取下 PTFE 衬里帽。
   注意:奥莱胺是有毒和腐蚀性的，所以要小心处理它。
7. 使用 5 mL 小玻璃分级气缸测量 3.6 mL 的油胺。小心地将 5 mL 小玻璃分级圆柱体中的 3.6 mL 油胺倒入 20 mL 玻璃瓶中，不含有四氯酸。
8. 小心地将 3.0 mL 的甲苯倒入 5 mL 小玻璃分级气缸中。小心地将 5 mL 小玻璃分级圆柱体中的 3.0 mL 甲苯与油胺一起倒入 20 mL 玻璃瓶中。
   注:如果将过多的甲苯倒入分级玻璃缸中，多余的溶剂可以倒入易燃废气瓶中。最好使用小型 5 mL 分级玻璃缸测量油胺和甲苯。小心不要泄漏油胺，因为它是腐蚀性和有毒的。
9. 将 PTFE 衬里帽拧回 20 毫升玻璃瓶中，里面有油胺和甲苯。摇动和旋转封闭的玻璃瓶，将油胺和甲苯溶液混合在一起。
10. 打开20毫升溶液玻璃瓶。小心地将约150毫克的四氯酸粉末与油胺和甲苯溶液一起倒入玻璃瓶中。
11. 将 PTFE 衬里帽拧回玻璃瓶上。用四氯酸、油胺和甲苯摇动和旋转封闭的玻璃瓶，将溶液混合在一起。不断摇动解决方案，并确保它完全混合。
    注:四氯酸、油胺和甲苯注射液在摇晃和混合后应变为深红色或紫色， 如补充图4所示。

8. 将四氯酸、奥莱胺和甲苯溶液注入容器

1. 确保水缓慢流入凝结管底部，并从凝结管顶部向上流动。通过小心打开/关闭水阀，根据需要调整水流。
2. 确保玻璃反应容器中的油胺和甲苯溶液处于温和沸腾，一些甲基胺和油胺蒸发到凝结管中。确保磁搅拌器处于打开。
3. 将凝结管举到反应容器上方，用夹子支撑玻璃器皿。确保有足够的空间和间隙将四氯酸、油胺和甲苯溶液注入反应容器中。
4. 从铝箔中取出长级玻璃移液器（保护移液器保持清洁），并将带阀门的橡胶灯泡连接到移液器上。确保熟悉使用阀门操作橡胶灯泡，在使用之前用长分级玻璃移液器吸出解决方案。
5. 用四氯酸、油胺和甲苯注射液与PTFE衬里帽摇动封闭的20毫升非水玻璃瓶，并确保其混合良好。通过拆下盖打开20毫升玻璃瓶与注射溶液。
6. 挤压橡胶灯泡以放气橡胶灯泡时按压上部阀门。小心地将长分级玻璃移液器的尖端放入 20 毫升玻璃瓶中，并加入四氯酸、油胺和甲苯注射液。
7. 轻轻按压连接到长级玻璃移液器的橡胶灯泡上的下阀，将所有四氯酸、油胺和甲苯注射液慢慢拉入玻璃移液器中。
   注: 补充图 5 显示，在将溶液注入反应容器之前，用带阀门的橡胶球将注射液与橡胶球一起放入长分级玻璃移液器中。在实际制图和注射四氯酸、油胺和甲苯溶液之前，使用带阀门（例如，与一些甲苯）的灯泡操作长分级玻璃移液可能有益。
8. 小心地将玻璃移液器的尖端放入反应容器的开口中，并迅速将四氯酸、油胺和甲苯注射液注入反应容器中的油胺和甲苯的沸腾溶液中。
   注:当金纳米粒子开始核化和生长时，溶液颜色最初应在大约一分钟内从红色变为黄色变为白色。
9. 使用支架上的夹子将凝结管向下降低到反应容器中。
10. 将金纳米粒子化学反应溶液轻轻煮沸2小时。
    注意:沸溶液中的甲苯蒸汽应凝结在管中，然后滴回反应容器中。几分钟后，反应混合物的颜色应从白色变为黄色，变成浅粉色，然后随着金纳米粒子变大而变为红色。在1-2小时内，反应混合物的颜色应逐渐从浅红色变为深红色/紫色。
11. 加热2小时后，将反应解决方案关闭加热器。
    注意:此时，解决方案可以允许自然冷却到室温，也可以通过在溶液中加入约 100 mL 的甲醇来立即淬火。目前最有名的做法是让解决方案自然冷却，而不是立即淬火。
12. 允许溶液自然冷却至室温1小时（建议）;或立即用100mL甲醇淬扑金纳米粒子溶液（不建议）。

9. 冷却金纳米粒子溶液后用甲醇淬火反应

1. 确保加热器已关闭，解决方案已冷却。
2. 停止流水通过凝结管。小心地从相邻烟罩的水槽/排水管中取出排水管，并将其连接到烟罩中的真空端口。
3. 在排水管上拉真空吸走凝结管和排水管中的水。用夹子小心地从支架上取下凝结管，水平放置在氮手套箱中。
   注意:玻璃凝结管上拉的真空应蒸发凝结管内的水。
4. 在氮手套箱中，将约35毫升甲醇倒入50mL锥形离心机管（数量12）中。
   注:甲醇将用于去除合成过程中的未反应试剂和副产品，以清洁和清洗金纳米颗粒。50 mL离心机管应直立在试管架上。
5. 将等量的金纳米粒子溶液（+12mL）倒入50mL离心机管（数量12）中，加入甲醇。小心不要不小心倒出磁搅拌棒，同时将金纳米粒子溶液倒入每个离心机管中。
   注: 补充图6 显示，50mL锥形离心机管中每根都注入了约12mL的金纳米粒子溶液，并加入甲醇。将约 12 mL 的金纳米粒子溶液倒入每个 50 mL 锥形离心机管中，并加入约 35 mL 的甲醇后，每个离心管应具有约 47 mL 的溶液（略低于 50 mL 标记）。
6. 在离心机管之间均匀地分配剩余的金纳米粒子溶液。
7. 将盖子拧到 50 mL 离心机管上以关闭它们并拧紧盖子。
8. 将进水口和出口软管与玻璃凝结管分离，通过将进水口和出口软管连接在一起，将一个连接到另一个，然后用实验室膜包裹管的连接以密封连接。关闭软管上拉起的真空。
   注意:管子连接和密封，以防止水或水蒸气意外进入氮手套箱。
9. 通过负载锁从氮手套箱中取出带有金纳米粒子溶液和甲醇的 50 mL 锥形离心机管。还要从氮手套箱中取出甲醇瓶和甲苯瓶。将它们放置在相邻的烟罩中。
10. 同时，通过负载锁从氮手套箱中取出玻璃反应容器、磁搅拌棒、玻璃凝结管、长玻璃分级移液器和带阀门的橡胶球。将它们放置在相邻的烟罩中。
11. 在盖子上标记每个 50 mL 离心管的顶部，并注有样本编号（例如，1、2、3、4...），以跟踪不同的样品。
    注意:取出金纳米颗粒溶液和玻璃器皿/用品后，氮手套箱应继续通风数小时或过夜，将新鲜氮气流入手套箱，同时拉出轻微的真空，冲出并通风甲苯/油胺蒸汽。真空排气管应排入烟罩中。氮手套箱还应与再生气体再生，以去除过滤系统中的湿气/溶剂。一些氮手套箱可能还带有溶剂陷阱，有助于去除溶剂蒸汽。

10. 用甲苯和甲醇清洗和净化金纳米粒子

注:每50mL离心管与金纳米粒子将洗净和净化10mL的甲苯和40mL的甲醇3次，清洗金纳米粒子分批6离心管一次。离心管应具有同等数量的金纳米粒子溶液，并且应具有同等的加权和平衡。

1. 将 50 mL 离心机管中的 6 根与金纳米粒子溶液放入离心机中。
2. 关闭离心机的盖子，并输入以下设置来旋转金纳米粒子:
   RPM: 2328
   RCF: 1000
   时间:5分钟
3. 开始旋转12个圆锥离心管中的6个，在离心机中用金纳米粒子溶液和甲醇。
4. 用金纳米粒子进行旋转的前6个离心管完成旋转后，轻轻地从离心机中取出管子。在将离心管放入管架时，要小心不要打扰金纳米粒子颗粒。
   注: 补充图7 显示了离心后，金纳米粒子溶液应如何出现在50mL锥形离心管中。离心力将拉下溶液中的金纳米粒子，并将它们从甲醇和甲苯中分离。金纳米粒子会沉淀到每个离心机管底部的颗粒中。超纳米甲醇/甲苯溶液在深金纳米颗粒上方看起来清晰/透明，表明离心已促使金纳米粒子从溶液中沉淀出来。
5. 将12个圆锥离心管中的最后6个与金纳米粒子溶液和甲醇放入离心机中。关闭离心机的盖子，并进入与以前相同的离心机设置。开始旋转离心机中的管子。
6. 最后6个离心管旋转完后，轻轻地从离心机中取出离心管。在将离心管放入管架时，要小心不要打扰金纳米粒子颗粒。
7. 小心地将所有带有金纳米粒子的离心管带到烟罩上，尽量不要在运输过程中打扰或搅动它们。
8. 慢慢地轻轻地将废甲醇倒入易燃废容器/烧瓶中。小心不要打扰，不要倒出或失去离心管底部的黑金纳米粒子颗粒。
   注:第一个甲醇冲洗周期现已完成。
9. 开始第二个甲醇冲洗周期，将约10mL的新鲜甲苯倒入每个圆锥形离心管中，在烟气罩中加入黑色纳米颗粒颗粒。将盖子拧回上，以关闭 50 mL 离心机管。
10. 在黑色液体/沉淀物/金纳米粒子在 10 mL 甲苯溶液中重新分配和分散之前，每个 50 mL 离心机管的漩涡，溶液看起来多云/黑暗。检查每个离心管的底部，以确保大部分黑色残留物（金纳米粒子）已重新注入溶液。
    注: 补充图8 显示带有金纳米粒子溶液的离心机管，以及正在涡流和再喷发的甲苯。与对金纳米粒子进行声波相比，在金纳米粒子上的漩涡要好得多、更温和。不要将金纳米粒子声调化，因为声波可以从金纳米粒子中剥离油胺配体，并导致金纳米粒子的聚集和沉降。
    注: 补充图9 显示当金纳米粒子通过用约10mL的甲苯旋涡将每个金纳米粒子颗粒漩涡重新注入溶液时，金纳米粒子溶液应如何出现。
11. 将约 40 mL 的新鲜甲醇倒入每个带有甲苯和纳米粒子的圆锥离心管中，这样，每个离心管中已有 10 mL 的甲醇，每 50 mL 离心管中总共有 50 mL 的溶液。将盖子拧回 50 mL 离心管上以关闭管子，并确保盖子紧绷。
12. 将离心管放入离心机。在离心机中旋转离心管，将金纳米粒子收集到每个管底部的颗粒中，每次 6 个离心管。使用与以前相同的离心机设置（RCF 1000，5 分钟）。
13. 离心机停止后，用纳米粒子轻轻取出管子，然后小心地将它们带到烟罩（在运输过程中尽量不要打扰或搅拌它们）。小心地将废甲苯和甲醇倒入易燃废容器/烧瓶中。
    注:第二个甲醇冲洗周期现已完成。
14. 对于第三个也是最后一个冲洗周期，遵循与以前相同的过程，在 10 mL 的甲苯中旋转，在 40 mL 的甲醇中清洗，离心，并小心地倒出甲苯/甲醇溶剂。确保 50 mL 离心机管中每个管中的金纳米粒子与甲苯一起重新注入，用甲醇清洗 3 次。

11. 干燥金纳米粒子

注:50mL离心管中的金纳米粒子被洗了3次后，最后一次倒出甲苯和甲醇，金纳米粒子需要干燥才能蒸发剩余的溶剂。有两种方法可以干燥金纳米粒子并蒸发溶剂:

1. 选项 1 - 氮枪（不建议）:
   1. 使用烟罩中的氮枪或阀门轻轻吹干管底部含有金纳米粒子的黑色颗粒的离心机管。
   2. 小心不要使用太多的氮气压力，否则脆弱的金纳米粒子颗粒可能会脱落。
      注:用氮枪干燥金纳米粒子并不理想，因为它可能导致金纳米粒子颗粒损坏/丢失。
2. 选项 2 - 真空干燥（建议）:
   1. 用金纳米粒子颗粒松开 50 mL 离心机管上的盖子，使管子仍然覆盖，但溶剂可以蒸发并从管内逸出。
   2. 将带金纳米粒子的管架放在氮手套箱的真空负载锁内。关闭并密封外负载锁门，打开真空泵的阀门，开始拉动负载锁上的真空。
   3. 泵减至约一半的仪表压力（~-15 inHg），蒸发溶剂并干燥纳米粒子。
   4. 将金纳米粒子留在负载锁中，在中等真空压力下（半量程，~15 inHg）5分钟。不要泵入较低的压力，不要在真空中离开太久，否则油胺脂质可能会分离。
   5. 金纳米粒子在真空中干燥金纳米粒子并蒸发剩余溶剂后，用氮清除负载锁，直到负载锁达到大气压力。
   6. 从负载锁中取出带有金纳米粒子的 50 mL 离心管，检查烟罩中金纳米粒子颗粒的干燥程度。
      注: 补充图10 显示了50mL锥形离心机管底部的干金纳米粒子颗粒在真空干燥后应如何观察。如果50mL锥形离心机管内仍有一些溶剂，则金纳米粒子需要进一步干燥才能蒸发剩余的溶剂。真空干燥是干燥的首选方法，因为与氮枪干燥等更具侵略性的方法相比，它不太可能损坏或失去金纳米粒子颗粒。如果没有真空负载锁，或者如果愿意，金纳米粒子也可能在真空干燥器中干燥。
3. 金纳米粒子颗粒干燥后，将帽子紧紧拧回离心机管上。
4. 将实验室膜包裹在紧密封闭的盖子上，用金纳米粒子颗粒密封离心机管。
5. 用金纳米粒子沉淀颗粒标记 50 mL 离心机管，并贴上适当的描述性标签，如"干 Au NP"和日期（例如，9-28-2020）。
6. 将密封的离心机管与干金纳米粒子颗粒放在 2 °C - 8 °C 冰箱内。使用托盘或 50 mL 锥形离心机管架直立保持管子。
   注: 补充图11 显示有盖的离心机管，用实验室膜包裹，贴有标签，并储存在2°C-8°C冰箱中。每个离心管都可以储存在冰箱里，直到它被用来制造一个重新消耗的金纳米粒子的溶液。

12. 清洁化学反应玻璃器皿（金纳米粒子合成后）

注意: 黄金蚀刻 Tfa 和水雷吉亚具有腐蚀性。佩戴必要的个人防护装备（PPE），如化学手套、化学礼服、护目镜和护脸罩。只在穿着必要的 PPE 时在酸湿长凳上处理腐蚀性溶液。

1. 在烟气罩中，用酸酮清洁玻璃反应容器，在玻璃反应容器中旋转心肌，洗去残留的金纳米粒子溶液，然后将脏的酸酮倒入肮脏的溶剂收集烧杯中，将脏溶剂丢弃到易燃废液瓶中。
2. 在酸湿长凳上，将连接在冷凝器管上的玻璃反应容器放入 600 毫升烧杯中以供支撑，并将冷凝管的侧面靠在酸湿长凳的侧壁上以获得进一步支撑。
3. 通过将用过的~300毫升黄金等TFA溶液（保存较早并预留用于重复使用）与DI水混合到凝结管和反应容器玻璃器皿中，清洁化学反应玻璃器皿（凝结管、反应容器、玻璃移液器）和磁搅拌棒。将磁搅拌棒和长玻璃分级移液器放入炼金管中。在必要时用 DI 水填充冷却管，使其顶部关闭，并允许黄金等 TFA 浴缸坐下来清洁玻璃器皿 30 分钟。
4. 30分钟后，将凝结管与反应容器之间的密封裂开，将所有黄金等溶液收集到反应容器中，并将用过的金等汗溶液倒入400mL烧杯中。将金等溶液倒入化学废液瓶中，用于废金等溶液。
5. 静止在酸湿的长凳上，用DI水洗化学反应玻璃器皿和磁搅拌棒3-4次，冲出剩余的金等溶液，然后让化学反应玻璃器皿和磁搅拌棒在DI水浴中再浸泡30分钟。
6. 坐在DI水浴池里30分钟后，清空水，用DI水枪将水冲下酸湿的长凳排水沟。用调子冲洗，然后用氮气枪将玻璃器皿吹干。

结果

图1显示金纳米粒子合成化学反应混合物溶液（四氯酸、油胺和甲苯）在反应容器中最初沸腾时，应在几分钟内逐渐改变颜色:从透明到浅黄色（左图），到浅粉色（中心图像），到浅红色（右图）。溶液颜色的变化表明，随着金纳米粒子开始核化并随着时间的推移而变大，其大小也在不断变化。一般来说，随着金纳米粒子的核化和生长，金纳米粒子溶液应随着时间的推移变得更暗、更红/更紫。 图2 显示金纳米粒子合成化学反应混合物溶液在煮沸2小时后的最后深红色/紫色。金纳米粒子溶液的深红色/紫色是直径约12纳米的金纳米粒子浓缩溶液的特征。 图3 显示了金纳米粒子单层的扫描电子显微镜（SEM）图像（沉积在硅基板上后），用于描述金纳米粒子的大小和单分。如果金纳米粒子具有高度单分化，则它们的大小/直径应该大致相同。如果金纳米粒子是多散，它们的大小/直径会有很大变化。对于大多数应用，单一性通常是首选的，而不是多散。 图4 显示了金纳米粒子及其直径测量...

讨论

执行上述的金纳米粒子合成协议应产生直径约 12 nm 且单极性相当高（± 2 nm）的金纳米粒子。然而，有一些关键的步骤和过程参数，可以调整，以潜在地改变金纳米粒子的大小/直径和单分散/多散。例如，将前体溶液注入反应容器并允许四氯酸、油胺和甲苯溶液煮沸两小时后，可以选择立即淬火反应溶液或延迟淬火和自然冷却。如果需要立即淬火，在2小时加热反应步骤完成后，在反应容器中加入100mL的甲醇，以沉淀金纳米粒子产品。立即淬火可能提供更好的分散关系，因为饱和溶液中所有纳米粒子的核发生大致相同:而溶液未淬灭的时间越长，纳米粒子的大小越大，但随机化程度就越大。如果需要延迟淬火和自然冷却，则在完成 2 小时的加热反应步骤后，解决方案可以自然冷却至室温 1 小时。或者，溶液可以冷却更长的时间，直到第二天（例如，等待一夜），然后加入100mL的甲醇来沉淀金纳米粒子产品。研究人员可能希望尝试立即淬火和延迟淬火，以及1小时的延迟淬火和隔夜延迟淬火，以确定哪种方法能产生制造大而高单分的金纳米粒子的最佳效果。延迟一小时的淬火是目前建议生产高度单分散的金纳米粒子的程序，但尚未确定哪个程序产生优异的结果，因此进一步的实验研究可能是有益的。

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
50 mL 带塑料盖锥形离心管（数量：12）	Ted Pella， Inc.	12942	用于清洁/储存金纳米颗粒溶液/沉淀物（最好使用 12 管，以使合成过程中的金纳米颗粒可以使用长达一年（例如，每月 1 管））丙
酮	Sigma-Aldrich	270725-2L	用于清洁玻璃器皿/管的溶剂
酸湿工作台	N/A	N/A	用于清洁化学反应玻璃器皿/用金蚀刻剂溶液的用品（湿化学实验室设施的一部分）
铝箔	雷诺B08K3S7NG1		，用于在清洁后覆盖玻璃器皿以保持其清洁
定管	Fisher Scientific	05-769-20	，用于在合成过程中固定冷凝管和反应容器（位于氮气手套箱中）
离心机（带 50 mL 锥形离心管转子/适配器）	ELMI	CM-7S	，用于离心溶液中的金纳米颗粒，并将其沉淀/收集在 50 mL 锥形离心管底部
DI 水	磨	Milli-Q 直接	去离子水
通风橱	N/A	N/A	用于清洁实验室玻璃器皿和溶剂用品（湿化学实验室设施的一部分）
玻璃烧杯 （600 mL）	Ted Pella， Inc.	17327	用于在清洗过程中用金蚀刻剂和水固定反应容器、冷凝管、玻璃移液管和磁力搅拌棒
烧杯 （400 mL）（数量：2）	Ted Pella， Inc.	17309	用于测量甲苯和金蚀刻剂
玻璃量筒 （5 mL）	Fisher Scientific	08-550A	用于测量注射用甲苯和油胺
玻璃刻度移液管 （10 mL）	Fisher Scientific	13-690-126	与带阀的橡胶球配合使用，将金纳米颗粒前驱体溶液注入
金蚀刻剂 TFA	Sigma-Aldrich	反应容器651818-500ML	（含碘化钾）用于清洁反应容器、冷凝管、磁力搅拌棒、玻璃移液管 [或者，使用 Aqua Regia]
异丙醇	Sigma-Aldrich	34863-2L	溶剂，用于清洁玻璃器皿/管
Liebig 冷凝器管 （~500 mm） （24/40）	Fisher Scientific	07-721C	冷凝器管，连接到玻璃反应容器
Fisher 磁力搅拌棒	科学	的 14-513-51	用于合成过程中搅拌反应溶液
醇 （≥99.9%）	Sigma-Aldrich	34860-2L-R	新， ≥99.9% 纯度（用于合成后洗涤金纳米颗粒）
微量天平（mg 分辨率）	Accuris Instruments	W3200-120	用于称量四氯金酸粉末（位于氮气手套箱中）
微量移液器（1000 &微量;L）	Fisher Scientific	FBE01000	用于测量和分配液体化学品，如油胺和甲苯（如果使用微量移液器代替量筒进行测量）
微量移液器吸头（1000 和微量;L）	USA Scientific	1111-2831	用于测量和分配液体化学品，如油胺和甲苯（如果使用微量移液器而不是量筒进行测量）
丁腈手套	Ted Pella， Inc.	81853	个人防护装备 （PPE），用于保护和保持硝基手套箱手套清洁
氮气手套箱	M. Braun	LABstar pro	，用于在干燥和惰性环境中进行金纳米颗粒合成
非水性 20 mL 玻璃瓶，带 PTFE 内衬盖（数量：2）	Fisher Scientific	03-375-25	用于称量四氯金酸粉末并与油胺和甲苯混合制成注射液
油胺（工业级，70%）	Sigma-Aldrich	O7805-100G	工业级，70%，最好是新的，储存在氮气手套箱
中 Parafilm M 密封膜（2 英寸 x 250 英尺）	Sigma-Aldrich	P7543	用于在合成过程结束后
密封 50 mL 离心管中的金纳米颗粒圆底烧瓶 （250 mL） （24/40）	Wilmad-LabGlass	LG-7291-234	玻璃反应容器，连接到冷凝器管
带阀门的橡胶球（橡胶球型安全移液管填充器）	Fisher Scientific	13-681-50	与长刻度玻璃移液器一起使用，将金纳米颗粒前体溶液注入反应容器
橡胶软管（PVC 管）（数量：2）	Fisher Scientific	14-169-7D	用于将冷凝器管连接到进/出水口
不锈钢抹刀	Ted Pella， Inc.	13590-1	用于从小容器中舀取四氯金酸粉末
支架（带杆底座）	Fisher Scientific	12-000-102	用于在合成过程中固定冷凝管和反应容器（位于氮气手套箱中）
搅拌加热套 （250 mL）	Fisher Scientific	NC1089133	用于保持和支撑反应容器球体，同时用磁力搅拌器加热，旋转磁力搅拌棒
四氯氧（III）酸 （HAuCl4） （≥99.9%）	Sigma-Aldrich	520918-1G	最好是新的或从未开封的，纯度99.9%，存放在冰箱中，然后只在氮气手套箱中打开，从未暴露在空气/水/湿度中
Texwipes / Kimwipes / 洁净室湿巾	Texwipe	TX8939	用于杂项清洁和表面保护
甲苯（≥99.8%）	Sigma-Aldrich	244511-2L	新的，无水的，≥99.8% 纯度
的镊子	Ted Pella， Inc.	5371-7TI	用于在铝箔上戳小孔，并去除石蜡
涡旋仪	Cole-Parmer	EW-04750-51	用于涡旋 50 mL 锥形离心管中甲苯中的金纳米颗粒，以将金纳米颗粒重悬到甲苯溶液中