2010 第五屆鍾靈化學創意競賽實驗題
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2010 第五屆鍾靈化學創意競賽實驗題
考試時間：180 分鐘
姓 名: , , 組別:
安全注意事項
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化學實驗有一定的危險性，請遵從老師指示。
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小心使用儀器及藥品，以免發生傷害及意外。
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必須全程穿實驗衣、戴安全眼鏡、戴手套。
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酸、鹼具有腐蝕性，應避免與皮膚接觸而引起灼傷。
題目: 核-殼金奈米粒子的製備
奈米材料具有隨著奈米尺寸不同而變化的特殊光學性質，在未來的科技應用
上極有可能扮演”奈米條碼”的角色。但是，奈米材料的表面活性通常非常高，彼
此容易聚集而導致改變原有光學特性。因此，維持奈米材料的分散性是一個基礎
且重要的技術。若是以原本的奈米材料為核，再於其表面包覆另一種材質，這就
形成奈米核-殼，它就如虎添翼般，具有兩種材質的複合表現，性質更為特異，
功能更為延伸。
以氧化矽包覆金奈米粒子的溶膠-凝膠製備方法為例：金氯酸溶液置於含有
保護劑的水溶液中，再加入還原劑，進行反應而產生金屬奈米粒子，同時保護劑
會吸附在奈米粒子表面。然後加入四乙基氧矽化合物，水解後所產生的矽酸鹽會
進行聚合反應，而形成包覆奈米粒子的氧化矽。由此可知：金奈米粒子表面的保
護劑應是扮演控制奈米粒子粒徑與奈米核-殼材料形成與否的雙重關鍵角色。
一、 實驗目的：
以兩種保護劑分別製備不同粒徑且均勻度佳的金奈米粒子膠體溶液，然
後在控制 pH 值條件下，以矽酸鹽溶液的溶膠-凝膠法篩選出最佳氧化矽包
覆奈米金的奈米核-殼材料。
二、實驗材料:
(請於實驗前檢查核對是否有遺漏或缺損，所有實驗材料不再補充，請詳實設計
實驗方法後，再進行實驗。)
2010 第五屆鍾靈化學創意競賽實驗題
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三、實驗步驟：
第一部分: 分別以十二烷基硫酸鈉和溴化十六烷基三甲基銨為保護劑製備
金奈米粒子
取十二烷基硫酸鈉(SDS) 及溴化十六烷基三甲基銨(CTAB)，分別將其配成
3 種不同濃度的溶液，將適量金氯酸分別加入此 6 瓶溶液中，然後再加入
適量硼氫化鈉溶液，反應後得到不同粒徑的金奈米粒子膠體溶液。
第二部分: 製備氧化矽包覆奈米金的奈米核-殼材料
在控制不同 pH 值的條件下，添加四乙基氧矽(TEOS)於第一部分實驗所製
備的金奈米粒子膠體溶液中，形成溶膠，再進行水解反應，得到凝膠，繼
續反應，製成並篩選出均勻度較佳的氧化矽包覆奈米金的奈米核-殼材料。
四、實驗紀錄: (詳實記錄實驗內容，至少應包含下列各項)：
1. 先寫出你的實驗計劃和原理。
2. 詳細記錄實驗過程，包括觀察所得現象，和各種試劑之取用量。
3. 寫出每一實驗步驟、平衡化學反應式、及其所根據之原理。
4. 將第一部分所製備不同粒徑的金奈米粒子溶液，各取 1 mL 溶液(共 6 個)，
分別置入塑膠樣品瓶中，並標示清楚，隨同實驗報告交出，以供評分。
5. 將第二部分所製備 6 個不同粒徑和均勻度較佳的氧化矽包覆奈米金的奈
米核-殼材料，置入 7 mL 玻璃樣品瓶，並標示清楚，隨同實驗報告交出。
6. 根據上述實驗結果，歸納並分別討論可能影響金奈米粒子以及氧化矽包
覆奈米金的奈米核-殼材料粒徑和均勻度的因素。
去離子蒸餾水(250 mL)、氫氧化鈉溶液(NaOH, 0.1 M , 20 mL)、氯化氫溶液(HCl,
0.1 M , 20 mL)、金氯酸溶液( HAuCl4, 0.001 M , 10 mL)、硼氫化鈉溶液( NaBH4,
0.01M , 10 mL)、十二烷基硫酸鈉溶液( CH3(CH2)11SO4
－
Na+, SDS, 0.1 M , 7 mL)、
溴化十六烷基三甲基銨溶液( CH3(CH2)15N(CH3)3+Br
－
, CTAB, 0.05 M , 7 mL)、四
乙基氧矽((C2H5O)4Si, TEOS, 4 mL)
玻棒(2 支)、滴管(4 支) 、燒杯(100 mL , 4 個)、量筒(10 mL , 2 個)、廣用 pH 試
紙(3 張)、pH 比色紙(1 張)、錶玻璃(1 個)、玻璃樣品瓶(20 mL , 6 個)、玻璃樣品
瓶(7 mL , 6 個)、塑膠樣品瓶(1 mL , 6 個)、標籤紙(1 大張)
