金納米粒子 (GNP) 是尺寸從1納米到100納米不等的極小粒子。由于它們具有許多顯著的物理和化學特性、無毒、低成本和易于使用，世界已經轉向在許多領域使用 GNP。GNP已用于多種應用，包括藥物輸送、催化和醫(yī)學。許多變量影響 GNP 合成，包括 pH、溫度、還原劑和金前體濃度、混合速度、合成時間和（穩(wěn)定劑或還原劑）/HAuCl 4的體積或摩爾比。

許多還原劑，包括檸檬酸鈉 (SC)  、硼氫化鈉( SB)  、抗壞血酸( AscH 2 ) 和肼, 已被用于合成金納米粒子。Faraday于 1857 年通過用磷還原 GNP 首次合成了膠體 GNP。Brust于 1871 年通過還原 HAuCl 4創(chuàng)建了 GNP在不與水混溶的有機液體（例如甲苯）中加入 SB。然后在封端劑十二烷硫醇存在下使用傳輸因子將金轉移到甲苯相。1951年，Turkevish方法以檸檬酸鹽作為還原劑和封端劑合成了GNPs 。這種方法的最大局限之一是它無法使用水作為溶劑。檸檬酸鈉與抗壞血酸等其他還原劑相比具有重要優(yōu)勢。除了對環(huán)境友好之外，檸檬酸鈉還為 GNP 提供了單分散和球形兩種形狀。Perrault 于 2009 年使用對苯二酚作為還原劑生產了 GNP。HAuCl 4的還原在含有 GNP 種子的水溶液中是該技術的基礎。Martin 方法于 2010 年用于通過在不使用任何穩(wěn)定劑或封端劑的情況下用 SB 還原 HAuCl 4來生產裸 GNP 。硼氫化鈉是最強的還原劑之一，但它會產生大量不穩(wěn)定的納米粒子。

研究人員在以分批方法合成納米粒子 (NP) 時面臨的最困難挑戰(zhàn)之一是他們無法在批次之間獲得一致的結果和效率。批處理模式合成的另一個問題是尺寸不均勻導致納米粒子不穩(wěn)定性。因此，研究人員尋求替代方法和解決方案來合成具有統(tǒng)一特性的 GNP。由于混合效率高，微反應器越來越受歡迎。由于其眾多優(yōu)點，微反應器技術最近取代了批次方法成為合成 NP 的主要方法。微流體裝置最顯著的優(yōu)勢之一是能夠精確控制所得金納米粒子的形狀和大小。反應器內的流動將微反應器分為兩種類型：單相流（連續(xù)流）和多相流（分段流）。

連續(xù)流是反應中最常用的，但這種類型的最大缺點是由于邊界層的影響，在壁反應器表面形成的GNPs的粘附。邊界層效應源于微反應器中常見的層流狀態(tài)，這導致了眾所周知的拋物線流體速度分布。速度分布會導致軸向混合不均勻，從而影響停留時間。反應器內的不同停留時間影響納米粒子的單分散性。另一個問題與納米粒子與反應器壁的接觸有關，這是由于納米粒子的高表面能和壁附近的低流體速度，這導致粒子粘附在壁上套管堵塞微反應器。

為了克服連續(xù)流動中邊界層效應導致的 GNP 粘附在反應器壁上的問題，一些科學家使用了一種稱為分段流動的流動。這種類型的流動的特點是存在運輸介質，通常是酒精、空氣或油。Khan 和 Duraiswamy是第一個通過 SB 在微反應器內使用惰性氣體和分段流來創(chuàng)建 GNP 的人。惰性氣體旨在吸收和降低反應器內氫氣的溶解度。Sebastian Cabeza 通過在微反應器的分段流中使用惰性流體甲苯和硅油用 SB 還原它們來創(chuàng)建 GNP。

這項工作的目的是使用改進的 Martin 方法使用檸檬酸鈉和聚乙烯醇，對微流體條件下 GNP 的合成進行全面的參數(shù)研究。 

圖1.( a ) 在微反應器中生產 GNP 的實驗裝置 ( b ) 具有兩個入口和兩個出口的硼硅酸鹽玻璃微反應器。

圖2.( a ) 在微反應器中制備的 GNP 樣品的顏色，HAuCl 4濃度為 0.7 mM。( b ) 初始 HAuCl 4濃度為 2 mM。

這項工作表明，使用微流體方法有助于更好地控制在存在 PVA 的情況下生成 (10–11) nm GNP 的反應條件。在沒有 PVA 的情況下，GNP 的大小范圍為 11.76 至 13.54 nm，而使用分批法制備的 GNP 的大小范圍為 17.37 至 26.761 nm。這證實了使用微反應器產生的 GNP 的尺寸小于使用間歇反應器產生的 GNP 的尺寸，并且反應的溫度控制更容易。此外，據(jù)觀察，要在盡可能長的時間內保持穩(wěn)定，GNP 的最佳尺寸是濃度水平低于 2 mM。將來，建議研究添加到金前體中的穩(wěn)定劑的體積對 GNP 尺寸的影響。還建議研究一種以上的穩(wěn)定劑并比較它們產生的 GNP 的大小。人們注意到，在微反應器中制備的 NP 比批量制備的 NP 具有更好的球形形態(tài)。此外，可以看出微反應器中的 GNP 結塊要少得多。

關鍵詞：金納米粒子; 微型反應器

Parametric Study of Gold Nanoparticles Synthesis under Micro-Continuous Flow Conditions

Molecules 2022, 27(24), 8651; https://doi.org/10.3390/molecules27248651