化學(xué)還原法制備納米銀粒子及表征

1、化學(xué)還原法制備納米銀粒子及表征摘要：本文采用液相還原法以硼氫化鈉作為還原劑，在十二烷基硫酸鈉保護(hù)下合成了采用一次還原、二次還原制備不同粒徑的納米銀，用傅立葉紅外光譜(FTIR)、紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)(UV-vis).熒光分光度計(jì)等對(duì)納米銀的進(jìn)行了表征。結(jié)果表明：納米粒子穩(wěn)定，且二次還原粒徑明顯長(zhǎng)大。關(guān)鍵詞：納米銀化學(xué)還原法二次還原引言：納米粒子一般指尺寸在仆m至之間的粒子，是處在原子簇和宏觀體交界的過(guò)渡區(qū)域。從一般的微觀和宏觀的觀點(diǎn)看，這樣的系統(tǒng)既非典型的微觀系統(tǒng)，亦非典型的宏觀系統(tǒng)，是一種典型的介觀系統(tǒng)。它具有一系列新異的物理化學(xué)特性，涉及到納米材料中所忽略或根本不具有的基本物理化學(xué)問(wèn)題。金屬

2、納米材料是納米材料的一個(gè)重要分支，它以貴金屬金、銀、銅為代表，其中因?yàn)榧{米銀具有很高的表面活性、表面能催化性能和電導(dǎo)熱性能，以及優(yōu)良的抗菌殺菌活性，在無(wú)機(jī)抗菌劑、催化劑材料、電子陶瓷材料、低溫導(dǎo)熱材料、電導(dǎo)涂料等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景而得到最多的關(guān)注，如在化纖中加入少量納米銀，可以改善化纖制品的某些性能，并使其具有很強(qiáng)的殺菌能力；在氧化硅薄膜中加加少量的納米銀，可以使得鍍這種薄膜的玻璃有一定的光致發(fā)性，用納米銀敷衍料涂燒傷創(chuàng)面及久治不愈的痔瘡，可以收到良好的效果。由于納米銀的諸多應(yīng)用使它的制備變得尤為重要。目前納米銀的制備方法主要有化學(xué)還原法、沉積法、電極法、蒸度法、機(jī)械研磨法、輻射化學(xué)還原法、

3、激光氣相法、激光燒蝕法、微乳液法等。其中化學(xué)還原法因其設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便，節(jié)能而成為制備的主要方法。本研究采用聚乙烯毗咯烷酮(PVP)作保護(hù)劑，以抗壞血酸和硼氫化鈉為還原劑，采用連續(xù)還原法制備銀納米粒子。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饣瘜W(xué)還原法制備金屬納米粒子的原理及納米粒子的基本性質(zhì)；了解相轉(zhuǎn)移技術(shù)原理和催化劑對(duì)相轉(zhuǎn)移的影響；二、實(shí)驗(yàn)原理：納米粒子因其介觀尺寸的粒徑(1100)而具有不同于體相材料及單個(gè)分子離子體系的一系列獨(dú)特的物理和化學(xué)性能。將其組裝和排列成二維與三維功能結(jié)構(gòu)，是一種制備具有新型性能的化學(xué)、光學(xué)和磁、電器件的潛在途徑，在電子學(xué)、光學(xué)、信息儲(chǔ)存、電極材料和生命科學(xué)等領(lǐng)域展現(xiàn)出誘人的應(yīng)用前

4、景。對(duì)于納米粒子的制備方法很多，因其中物理法操作復(fù)雜，對(duì)儀器和設(shè)備要求較高，而化學(xué)法具有簡(jiǎn)單易行和安全性高等特點(diǎn)，被大量釆用。特別是水相制備納米粒子實(shí)驗(yàn)結(jié)果重復(fù)性好，通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)條件可以調(diào)控粒子的濃度、形狀及粒徑分布。近年來(lái)，由于油溶性金屬納米粒子可作為有機(jī)反應(yīng)催化劑，借助LB技術(shù)形成自組裝單層膜等用途而被廣泛關(guān)注。因?yàn)樯鲜鏊苄约{米粒子的水相制備技術(shù)較為成熟，所以人們通常釆用相轉(zhuǎn)移方法把金屬納米粒子從水相中提取到有機(jī)相中，從而得到油溶性納米粒子。金屬納米粒子發(fā)生電子能級(jí)躍遷對(duì)應(yīng)的能量在紫外-可見(jiàn)光范圍，一些金屬納米粒子在可見(jiàn)光區(qū)存在強(qiáng)烈吸收，因而具有鮮艷的顏色。當(dāng)入射光頻率達(dá)到電子集體振動(dòng)的

5、共振頻率時(shí)，發(fā)生局域表面等離子體振動(dòng)，對(duì)應(yīng)形成吸收光譜。通過(guò)研究紫外可見(jiàn)吸收光譜，可以獲取粒子大小、形狀、分散度以及粒子與周圍介質(zhì)的相互作用等大量信息。在透射電子顯微鏡實(shí)驗(yàn)中，可以檢測(cè)納米粒子的大小、形狀、粒子數(shù)目、分散度等性質(zhì)。而納米金屬表面形貌可以通過(guò)掃描電子顯微鏡觀察或紫外吸收測(cè)試。三、儀器和試劑：儀器：透射電子顯微鏡，紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，電子天平，離心機(jī)，恒溫鼓風(fēng)干燥箱，電磁加熱攪拌器，超聲清洗器，棕色酸式滴定管，帶塞的磨口三角瓶，表面皿，培養(yǎng)皿，燒杯，移液管，鐵架臺(tái)，試管刷，石英比色皿，F(xiàn)oimva膜銅網(wǎng)，碳膜銅網(wǎng)，直流穩(wěn)壓電流，電流表，電阻箱，工作電極(導(dǎo)電玻璃)，輔助電極(鉗片電

6、極)，掃描電子顯微鏡。試劑：硝酸銀(A.R.),氫氧化鈉(A.R.),硼氫化鈉(A.R.),油酸(A.R.),油酸鈉(A.R.),異辛烷(A.R.),環(huán)己醇(A.R.),NaH2PO4.2H2O(A.R.),NaCl(A.R.),KC1(A.R.),MgCl26H2O(A.R.),A1C13(A.R.),CaCl2(粗鹽)，高純水,EDTA。四、實(shí)驗(yàn)步驟：（一）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：先將0.1M氫氧化鈉溶液按照2J的物質(zhì)的量之比加入到IX10-M油酸溶液中，配成500nil1X1O_3M的油酸鈉溶液，40C保存待用。分別配制2X10_2MAgNO3和1.6X10-2MNaBH4溶液。將等體積的油酸鈉溶液和

7、NaBH4水溶液混合，制備25ml含5X10_,M油酸鈉（低于油酸鈉的臨界膠束濃度）的8X10-3MNaBH4水溶液。用分析純油酸鈉配成1.25X10-3M溶液。（二）實(shí)驗(yàn)過(guò)程：1.水溶性銀納米粒子的制備在劇烈攪拌下于冰鹽浴中將25mL2X10-3MAgNCh溶液滴加到25mL5X101M油酸鈉（低于油酸鈉的臨界膠束濃度）的8X10-3MNaBH4水溶液中，滴加時(shí)間控制在30minZ內(nèi)。隨AgNOs的加入，還原劑水溶液顏色逐漸由無(wú)色變?yōu)闇\黃色,最后變?yōu)樽攸S色，即得到了銀納米粒子水溶膠。滴加結(jié)束后，保持體系在冰浴中繼續(xù)攪拌35h,放置。油溶性銀納米粒子的制備首先將分析純油酸鈉配成1.25X10-

8、3M溶液。然后將5mL納米粒子水溶膠和有機(jī)溶劑按照11混合，并加入一定體積新制的油酸鈉溶液，劇烈攪拌lh,形成乳化體系。再向體系中加入一定量（2g左右）的無(wú)機(jī)鹽（NaH2PO42H2O/NaCl/KCVMgCl26H2O/AICI3）來(lái)誘導(dǎo)納米粒子進(jìn)行相轉(zhuǎn)移。繼續(xù)攪拌23h,混合物自發(fā)地分層，上層為金黃色油溶性銀納米粒子，下層為無(wú)色水溶液。用分液漏斗分離出有機(jī)溶膠，并保存在帶塞的磨口三角瓶中，室溫放置。紫外光譜觀察將納米粒子溶膠用對(duì)應(yīng)溶劑定量稀釋6倍，然后在石英比色皿中用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)檢測(cè)。粒子形貌表征（根據(jù)試驗(yàn)條件選作）將納米粒子水溶膠和有機(jī)溶膠分別轉(zhuǎn)移到Fonnva膜覆蓋的銅網(wǎng)和碳膜銅

9、網(wǎng)上，然后用透射電子顯微鏡觀察、拍照，記錄照片放大倍數(shù)。用SEM觀察導(dǎo)電玻璃上沉積銀的表面形貌。五、結(jié)果處理和實(shí)驗(yàn)報(bào)告紫外可見(jiàn)吸收光譜以波長(zhǎng)為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)，用點(diǎn)線圖將多個(gè)曲線累加在一個(gè)譜圖中。由紫外光譜討論制得粒子的形狀、分散度以及相應(yīng)信息的來(lái)源，與同組釆用不同的相轉(zhuǎn)移催化劑的同學(xué)的結(jié)果進(jìn)行比較，說(shuō)明不同無(wú)機(jī)鹽對(duì)相轉(zhuǎn)移效能的影響。於氏血）VK.OO油樣空白油樣樣品TME照片采用透射電子顯微鏡觀察水溶性和油溶性銀納米粒子的形貌，可與大組的并行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，說(shuō)明不同合成條件下產(chǎn)物的形貌有何變化。在電鏡照片上加注標(biāo)尺，并統(tǒng)計(jì)超過(guò)100個(gè)納米粒子的粒徑，在Ongm軟件中做出直方圖。M)

10、、V-IIOkvDltvc*Keg.OOPC*HV-O.OkVDirctCOOOX圖二Q)1H*-WHVDirectMug:l&MOOx圖四圖三其中圖一、圖三是環(huán)己烷在MgC12催化劑下油樣的表征圖，圖二是環(huán)己烷在MgC12催化劑下水樣的表征圖，圖四是異辛烷在CaC12催化劑下的油樣表征圖。六、結(jié)果與討論本文釆用硝酸銀為原料、硼氫化鈉和抗壞血酸為還原劑、PVP為分子保護(hù)劑，采用一次還原，二次還原來(lái)制備納米銀顆粒。傅立葉紅外光譜(FTIR)、紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)(UV-vis).熒光分光度計(jì)等研究表明，一次還原，二次還原制備的納米銀顆粒的粒徑不同，說(shuō)明二次還原是在一次還原的納米粒子的表面進(jìn)行，此外PVP與納米銀之間有著一定的作用。七、小結(jié)通過(guò)對(duì)于銀納米粒子的制備與表征實(shí)驗(yàn)，對(duì)銀納米粒子有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，同時(shí)學(xué)會(huì)了如何運(yùn)用化學(xué)還原法對(duì)銀納米粒子的表征，用到了一次還原，二次還原，紅外光譜等方法進(jìn)行觀察。通過(guò)小組討論，對(duì)實(shí)驗(yàn)的整體設(shè)計(jì)與進(jìn)行有了深刻的了解，并對(duì)其中可能出現(xiàn)的問(wèn)題查閱了相關(guān)的資料，使本次實(shí)驗(yàn)可以更加完善。參考文獻(xiàn)：李亞棟，賀蘊(yùn)普，等.銀納米粒子的制備及其表面特性研究