銀納米粒子制備及光譜和電化學(xué)性能表征開放實驗總結(jié)報告

1、北京理xaf開放賣驗總結(jié)報告學(xué)生握名_班級學(xué)號所在院糸 專業(yè)開放賣驗童名稱 銀納采耘子溶膠催化陣鮮亞甲基蘭可期北京理工丸學(xué)賣驗室設(shè)備處制一、實驗項目概況 開放實驗題目:銀納米粒子制備及光譜和電化學(xué)性能表征實驗題目類型：參與科研科技活動自選實驗素質(zhì)培養(yǎng)指導(dǎo)教師及實驗技術(shù)人員姓名：實驗項目起止日期:2011.9.162011.12.30利用何種時間段開展實驗：每周五18:4021:10開展實驗的累計總學(xué)時數(shù)：33實驗項目基本原理:本實驗采用液相還原法，以nabh4和agno3溶液控制條件制備銀納米粒子，通過 對加料順序、溫度、濃度和滴加速度的控制，制備出尺寸和粒度均勻的銀納米粒子，用 紫外分光光譜

2、和電化學(xué)循環(huán)伏安法進(jìn)行表征。實驗項目的實驗方法概述：方法1：快速還原法：制冰水浴，取新配制的nabh溶液25ml,快速攪拌條件下，加入 agnc>3溶液7ml,攪拌16min,時間不可超出。方法2：慢滴法：制冰水浴,新配制nabh4溶液25ml,酸式滴定管中加入agnos溶液, 中速攪扌半，滴定速率1滴/8-12s,滴定7-8ml,至溶液變成亮黃色，繼續(xù)攪拌3-5mino 實驗項目的儀器設(shè)備組成情況:制備裝置：電子分析夭平，磁力攪拌器，攪拌磁子，鐵架臺，酸式滴定管，大鑄鐵萬能 夾，容量瓶，量筒，錐形瓶。表征儀器：tu-1901雙光束紫外町見光譜儀、石英比色皿，chi604電化學(xué)工作站，金

3、電 極，鉗片電極，飽和h汞電極。實驗項目的消耗材料明細(xì)：磁力攪拌器，攪拌磁子,容量瓶(500ml, 100ml),燒杯(100ml),量筒(25ml, 10ml), 錐形瓶，酸式滴定管，石英比色血；金電極，鉗片電極，甘汞電極，三頸電解池。試劑：nabh/a.r.), agno3(a.r.), k3fe(cn)6(a.r.), kno3(a.r.),亞甲基蘭(a.r.)。實驗項目的主要結(jié)論：1. 學(xué)會tu-1901雙光束紫外光譜儀測定吸收光譜和chi604電化學(xué)工作站測定cv曲線；2. 控制條件2種方法制備銀納米；測定uv光譜確定納米粒了大小和穩(wěn)定性；測定cv圖。3. 測定亞甲基蘭的在加入銀納米

4、前后的紫外吸收光譜，表征銀納米降解有機(jī)物的性能。二、實驗項目技術(shù)報告一、實驗名稱銀納米粒子制備及光譜和電化學(xué)性能表征二、實驗?zāi)康?、學(xué)會使用tu-1901雙光束紫外可見光譜儀；2、學(xué)會ch1660電化學(xué)工作站測定cv曲線；3、控制條件制備銀納米；測定uv光譜和cv圖；4、連續(xù)測定uv光譜表征銀納米的穩(wěn)定性。三、實驗原理（一）、tu-1901雙光束紫外可見光譜儀的使用1、使用方法開機(jī)一電腦紫外光譜儀一紫外光譜測量軟件一儀器開始初始化（smin）- 光譜測量一設(shè)置測量參數(shù)一基線測屋（空白，水或溶劑）儲存基線一樣品測量一 導(dǎo)出數(shù)據(jù)（excel）-退出紫外光譜軟件。2、注意事項 、測量過程中一定不能退

5、出紫外光譜操作軟件，一旦退出，重新進(jìn)入操作軟件， 需要重新初始化，短時間頻繁初始化，會出現(xiàn)儀器不能正常使用。 、關(guān)機(jī)順序一定是先退出操作軟件，再關(guān)光譜儀，否則，電腦死機(jī)。3、紫外可見吸收光譜測量方法 、參數(shù)設(shè)置打開測量，選參數(shù)設(shè)置，縱坐標(biāo)選a吸光度。測量范圍（量程）：0.0001.000；波長范圍：起點：600nm,終點：300nm；掃描方向：從長波向短波。顯示設(shè)定參數(shù)，開始掃描，記錄a入，不同波長的吸光度。注意：掃描過程不能使窗口最小化，會出現(xiàn)不記錄。 、測量步驟：a、基線校正扣除空白吸收。銀納米溶膠屬于水體系，選擇水作為空白。水溶液體系，選擇水作為空白，將去離 子水裝入比色皿，放入雙通道的

6、內(nèi)側(cè)通道，點基線測量（提示：放入空白樣品），開始掃 描基線。掃描結(jié)束，儲存基線。b測量將測最樣品放入外側(cè)通道，點開始，測最設(shè)定波長范圍的吸光度，a-xilh線，即紫 外吸收光譜。 、注意事項a、測量樣品吋，測基線的空口比色皿不能取出，測量值為扣除空口吸收后的值。b、測量空片樣品作基線時，一定要取出被測樣品。4、uv-vis 表征波長(nm)圖1時間xmax/nmabslh399.00.570id399.00.528lw399.00.501表1(二)、chi660電化學(xué)工作站的使用1、循環(huán)伏安法(cyclic voltammetry)的基本原理選擇電位掃描范圍和掃描速率，從選定的起始電位開始掃描

7、后，研究電極的電 位按指定的方向速率隨時間線性變化，完成所確定的電位掃描范fei到達(dá)終止電位示， 會自動以同樣的掃描速率返回到起始電位。在電位進(jìn)行掃描的同時，同步測量研究 電極的電流響應(yīng)，所獲得的電流一電位曲線稱為循環(huán)伏安曲線或循環(huán)伏安掃描圖。通過對循環(huán)伏安掃描圖進(jìn)行定性和定量分析，可以確定電極上進(jìn)行的電極過程 的熱力學(xué)可逆程度、得失電子數(shù)、是否伴隨耦合化學(xué)反應(yīng)及電極過程動力學(xué)參數(shù)， 從而擬定或推斷電極上所進(jìn)行的電化學(xué)過程。2、循環(huán)伏安圖測量方法 、擇工作電極、參比電極、輔助電極構(gòu)成三電極系統(tǒng)雙回路測雖系統(tǒng)：工作電極 參比電極測量電壓；工作電極一輔助電極測量電流。 、選cv測量技術(shù)，設(shè)置參數(shù)起

8、始電位:0.5低電位：0.5高電位:0.5掃描速率：0.1v/s（常用范i韋10.050.8v/s）電流量程（靈敏度）：10-510-6aotech: cvlnrte(v) = 0.5high e(v) = 0.5lowe(v) = -0.1initp凰二 nscan rate (v/s) = 0.1segment = 2smpl interval (v) = 0.001 quiet time (s) = 2 sensitivity (a/v) = 1e-6segment 1ep = 0.171v ip = 2.587e-6aah = 1.955e-6csegment 2:ep = 0.268

9、v ip = -2.652e-6a圖 4 o.1v/s0.5mm k3fe(cn)6 in 0.4m kn03tech:cvlnite(v) = 0.5high e(v) = 0.5lowe(v) = -0.1 lnitp/n = nscan rate (v/s) = 10 segment = 2smpl interval (v) = 0.001 quiet time =2 sensitivity (aa/) = 1e-5segment!ep = 0.168vip = 2.750e-5aah = 2.342e-7csegment 2:ep = 0 283vip =-2.961 e-5aah =

10、 -2.141e-7cpotential / v圖 510 v/sah = -1.913e-6c0.5mm k3fe(cn)6 in 0.4m kn03potential/v圖 6 100v/stech:cvlnite(v) = 05 high e(v)=0.5 lwe(v)=-o1 mitpjn=n scan rate (v/s) = 100 segment=2 smpi mteml (7)=0.001 quiet time =2 sensrthrty 則叮segment! ep = 0131v ip = 3428e-5a ah = 9 459/csegments ep = 0.307v i

11、p = -8.172e-5awi = .7.198e-8c3、體系反應(yīng)體系發(fā)生可逆氧化還原反應(yīng)，以金電極為工作電極，進(jìn)行陰極掃描時，發(fā)生還原反 應(yīng)：fe(cn)63- + e- = fe(cn)64 進(jìn)行陽極掃描時，發(fā)生氧化還原反應(yīng)：fe(cn)64- - e- = fe(cn)63還原與氧化過程屮電荷轉(zhuǎn)移的速率很快，所以得到的循環(huán)伏安圖屮陰極波與陽極波 基本対稱。4、交流阻抗譜實驗運(yùn)用chi660電化學(xué)工作站，以金電極、甘汞電極、鉗絲電極構(gòu)成三電極系統(tǒng)，測定 電化學(xué)探針系統(tǒng)k3fe(cn)6的交流阻抗譜。(三入銀納米的制備方法(四)、銀納米穩(wěn)定性的表征采用液相還原法，以nabh4和agnch

12、稀溶液，用2種方法制備銀納米粒子溶膠。測 定紫外可見吸收光譜，確定粒度和穩(wěn)定性，粒度與吸收波長的關(guān)系如表1所示。將銀納 米溶膠按一定雖直接加入一定濃度的次甲基蘭溶液，測定次甲基蘭在固定波長的吸光度 的變化，確定發(fā)生降解的量，定最研究銀納米的催化降解性能。平均粒徑/nm入 max/nm<10390154031940860416表1銀納米粒子平均粒徑與klnax四. 實驗儀器（一）、制備裝置容量瓶，電了分析天平，磁力攪拌器，鐵架臺，酸式滴定管，玻璃面滴定臺，人鑄 詼萬能夾，燒杯，雖筒，錐形瓶等。（二）、表征儀器tu-1901雙光朿紫外可見光譜儀，石英比色皿；chi660電化學(xué)工作站，金電極，

13、 鉗電極,甘汞電極。五、實驗過程及實驗結(jié)果討論（一）、銀納米溶膠的制備1、配制標(biāo)準(zhǔn)nabh4溶液和agn03溶液 、配ho.olmol/l 的 nabh4 溶液 、配置lmmol/l的agno3溶液2、制備過程方法一慢速滴定法用一半水和一半冰制成冰水浴，取新配制的0.01mol/l的nabh4溶液25ml放入 錐形瓶,放入磁子,在冰浴中電磁攪拌,酸式滴定管中加入15ml濃度為lmmol/l 的agno3溶液，安置在滴定夾上，打開攪拌器調(diào)速度，緩慢滴定，經(jīng)常檢查滴定速 率是否冇變化，如冇變化，適當(dāng)調(diào)整，滴定7.5ml,至溶液變成亮黃色，將所得溶 液繼續(xù)冰水浴攪拌lomin,取出，準(zhǔn)備測uv光譜。

14、方法二快速滴定法用一半水和一半冰制成冰水浴，取新配制的0.01mol/l的nabh4溶液25ml放入 錐形瓶,放入磁了，加入7ml的lmmol/l的agno3溶液，開始攪拌，調(diào)節(jié)攪拌快 速，16mim取出，準(zhǔn)備測uv光譜。（二）、銀納米穩(wěn)定性的表征1、用紫外分光光譜法進(jìn)行表征 、銀納米溶膠的uv測定使用儀器為tu-1901紫外可見光譜儀，石英比色皿。以水作參比溶液，選擇波長范 圍為600-300nm測定銀納米的紫外吸收光譜，吸光度量程0.000-3或5.000。測得最大吸 收波長入max為394nm,吸光度為1.429,有大尖峰。 、將所得的uv圖粘貼至word文檔 、樣品保留宗溫環(huán)境下將樣站

15、保留至錐形瓶內(nèi)，置于實驗架上，待下一周再次測其uv光譜。 木次實驗測定銀納米溶膠的uv光譜時，掃描方向為從波長600nm掃描到波長 300nm,以水作參比溶液測定基線，使用的比色ii1l為玻璃比色ii1l。通過uv光譜，我們可以確定被掃描的物質(zhì)，通過abs,可以知道此種物質(zhì)的濃度變化。 如，圖5、圖6中在390nm左右，有一個吸收峰，這個吸收峰即為銀納米的吸收峰, 月如果此峰的abs過低，則說明銀納米的濃度過低。而300iim左右又出現(xiàn)了一個吸收峰的趨勢，此峰為玻璃的吸收峰，從此我們可以得知，如果掃描的范圍低于300nm,使用 玻璃比色皿就會干擾uv光譜的測定，故此種情況下要選擇石英比色血。2

16、011年11月4日,讀取uv光譜的最大吸收波長xmax=392.50nm,最大吸光度 abs=2.296,根據(jù)表1確定銀納米的粒度為10.46nm （見圖5）。室溫保留樣品。abs銀納wi述v光i需貝惋(2011-3-25)3.0000.000300.00100. 00波 l/nm500. 00600. 002011-3-25測定的銀納米溶膠uv光譜2011年11月11日，讀取uv光譜的最大吸收波長xmax=396.50nm,最大吸光度abs=2.127,確定銀納米的粒度為10.46nm （見圖6）。室溫保留樣品。300.00400.00 波如500.00600.00圖8 2011-4-1測定

17、的銀納米溶膠uv光譜將圖1與圖2疊加，對比2011-11-4與2011-11-11兩次測定同一銀納米溶膠的uv光 譜。觀察到11月11日的銀納米溶膠相對于11月4日的銀納米溶膠，其幾和增大（紅 移），從 392.5011m 增至 396.50nm,而 abs 減小,從 2.296 減至 2.127。此現(xiàn)象說明，11月4日新配制的銀納米溶膠并不穩(wěn)定，在一個星期的時間內(nèi)，銀納米溶膠屮的部分銀納米顆粒聚集到一起，使少量的銀粒子析出。在11月11 u,存放銀納米溶膠的錐形瓶底部觀察到少許黑色顆粒狀沉淀，證實了此推測。從11月4 口至11月11日，銀納米溶膠中的銀納米濃度有所減少，所以11 月11 口測

18、得的abs稍低于11月4日所測值。abs銀納米溶膠uv光譜測沁(2011-3-25,2011-4-1)3.0000.000300.00400.00波矽nm500.00600.00一二邑=)2011-3-25 2011-4-1圖92011-3-25與20114“銀納米溶膠uv光譜疊加2、用電化學(xué)循環(huán)伏安法進(jìn)行表征工作電路的連接選擇舘黑電極作為工作電極，光亮鈉片電極為輔助電極，u汞電極作參比電極，組 成三電極雙回路系統(tǒng)，測定電化學(xué)探針系統(tǒng)。即金電極接綠色夾，鉗電極接紅色夾，甘 汞電極接口色夾。apr 22 20"2 30 2tech cvfile- 1 bininit 1= (v) 1

19、httfh e (v) 1low e (v) -1 init p/n pscan(v/a) o 1s«(>ment ® 2smpl intwrvol (v) o cx m (») 2sensitivity (a/v) *1odsomont 1;ep = o o35veh -0.311vah -1 oooe-4cswgmont 2;圖10此處出現(xiàn)的是氧化峰,eh=-0.31iv,氧化反應(yīng)方程式為ag e->ag+*在電位掃描的過程中，如果某一電位出現(xiàn)峰電流，表示此電位時出現(xiàn)電極反應(yīng)。此循環(huán)伏安圖中，inite(v)二l,highe(v)=l,lowe(v

20、)=l,說明先進(jìn)行陽極掃描過程，發(fā)生 氧化反應(yīng)。從圖中可發(fā)現(xiàn)，只出現(xiàn)了氧化峰，而沒有出現(xiàn)還原峰。這是山于當(dāng)進(jìn)行陽極掃描時, 陽極附近的ag發(fā)牛.氧化反應(yīng)ag e ->ag+,所以出現(xiàn)了氧化峰，而溶液中含有過量的 nabh4,所以生成的ag°乂馬上被還原成ag,所以電極陰極上并未出現(xiàn)還原反應(yīng)，所以 未出現(xiàn)還原峰。二=*=)apr 22. 201 110:32:3toch: cvfil: 3intt e (v) = -1 f gk e (v) - 1low e <v) = -1 i mt r/n = rscan rate (v/a) -0.1 2smpl imrva( (v)

21、 = o oc ouiet t«n> (s> 2 s4»n&tttv1ty (a/v) = 24segment 1 ep « o o33veh - -o 3o4v ah =9 212<-5cyscl二=三=)apr 22. 2011 1o 40:2 tech: cvfile: 1.bininit e <v) = : high e (v) 1low e (v) = : init p/n = pscan rate (v/s) o 1segment = 2smpl interval (v) = o 0( ouiet tim(s) = 2s

22、ensitivity (a/v) « 14segment 1.ep = o o8gveh -o 284vah = -1.21oe-4csegment 2圖 ll eh=-0.304v圖 12 eh 二0.284v圖中，曲線的突然波動表示電極上冇氣泡。此后每次測循環(huán)伏安z前，將待測溶液 晃動，去除氣泡，則z后的循環(huán)伏安圖中沒冇出現(xiàn)氣泡點apr 22. 201119 40.2tech cvfile: 3 bininit e (v) high e (v) = 1low e <v) = -1 init p/n = pscan rate (v/s) ® o 1s<me&g

23、t;nt 2smpl interval <v) o ck quiet time (s) » 2 sensitivity (a/v) = 1 e-43.bin2 bin1.bin圖13圖10,圖11,圖12疊加后的循環(huán)伏安圖（三）、銀納米降解亞甲基蘭溶液取iml亞甲基蘭溶液加入iml的銀納米溶膠,再測定uv光譜，比較亞甲基蘭溶液在xmax=664.00nm,®人吸光度abs值的變化,abs=l59,確定降解量，定量表征研究銀納米的催化降解性能。取iml亞甲基蘭溶液加入2ml的銀納米溶膠,再測定uv光譜，比較亞甲基蘭溶液在九n】ax=664.00nm,最人吸光度abs值的

24、變化,abs=0.716,確定降解量，定量表征研究銀納米的催化降解性能。330.00422. 50607.50515.00 波 k/nm純甲欄齢液一甲基藍(lán):夠i憂$1 ： 1 甲基塩:舷般掃1 ：2700. 00測定濃度=2.5x10'5mol/l亞甲基蘭溶液的uv光譜，讀出最大吸光度abs=2.038 和入max=664.00nm。圖15 銀納米u(yù)v光譜（多次測量疊加）濃度為 2.5x10'5mol/l 亞卬基蘭溶液,吸光度 abs=2.038, xmax=664.00nmoiml亞甲基蘭溶液加入iml的銀納米溶膠,abs=1.159,入 max=664.00nm。iml亞甲

25、基蘭溶液加入2ml的銀納米溶膠,abs=0.716,入 max=664.00nm。v甲基藍(lán):v垠納米濟(jì)膠abslml:0ml2.0381ml: 1ml1.1590.716表2 亞甲基藍(lán)濃度與吸光度關(guān)系表(c甲基藍(lán)=25xl0%ol/l)可以發(fā)現(xiàn)，隨著亞卬基藍(lán)與銀納米溶膠反應(yīng)配比中銀納米溶膠比例的增加，測得的 亞卬基藍(lán)uv光譜中亞甲基藍(lán)的abs成梯度下降。這說明銀納米溶膠起到了降解亞卬基 藍(lán)的作用，隨著銀納米溶膠量的增加，溶液中的亞卬棊藍(lán)被降解，其濃度降低，所以測 得的亞甲棊藍(lán)uv光譜的abs降低。表1中列出了亞甲棊藍(lán)與銀納米溶膠不同比例反應(yīng)時，abs的不同值，表格反應(yīng)了 亞卬基藍(lán)濃度和吸光度的變化，即亞卬基藍(lán)濃度越低，abs值越低。圖8*1',在39