水熱法制備球形納米銀

水熱法制備球形納米銀

納米銀被廣泛用于催化劑材料、導(dǎo)電涂料、無機(jī)抗菌劑和表面活性劑等領(lǐng)域。這些應(yīng)用直接關(guān)系到納米銀粉的大小和形狀，因此對(duì)控制和研究其大小和形狀具有重要意義。納米銀材料制備方法很多,根據(jù)介質(zhì)的不同可以分為液相法、微乳液法和氣相法,按反應(yīng)條件可分為還原劑還原法、光照法、超聲法、加熱法、電解法等。這些方法中應(yīng)用最多的是液相法,用液相還原法可以制備各種不同形貌的納米銀粒子。在液相法制備納米銀中,表面活性劑是控制納米銀各種形貌的重要因素,其主要原理是利用有機(jī)分子對(duì)納米銀顆粒特殊晶面的選擇吸附來調(diào)節(jié)顆粒不同晶面的生長(zhǎng)速度,從而得到不同形貌的納米銀顆粒,由此可以得到各種軸比可控的納米銀棒和納米線,三角形納米銀,立方體納米銀,樹枝狀納米銀等。水熱法制備納米粒子是以水為溶劑,在高溫高壓下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)制備納米晶的方法。由于水高于沸點(diǎn)的情況下,呈超臨界狀態(tài),不僅提供高的反應(yīng)溫度,加快反應(yīng)速率,還可以對(duì)納米晶的形貌進(jìn)行控制。徐建等用Gemini表面活性劑為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑,六次甲基四胺為還原劑,水熱法制備了高長(zhǎng)徑比的銀納米線。Wang等用水熱法,利用葡萄糖還原新鮮的氯化銀,制備了銀納米線。本文報(bào)告了在室溫下先用少量強(qiáng)還原劑還原硝酸銀,得到納米銀溶膠,然后把溶膠轉(zhuǎn)入高壓反應(yīng)釜中繼續(xù)反應(yīng)得到不同形貌的納米銀,研究了不同反應(yīng)溫度和不同反應(yīng)時(shí)間對(duì)其粒徑大小和形貌的影響。1實(shí)驗(yàn)部分1.1化學(xué)試劑及儀器硝酸銀(AR,上?；瘜W(xué)試劑有限公司),聚乙烯吡咯烷酮(AR,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司),硼氫化鈉(AR,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司),檸檬酸三鈉(AR,無錫醫(yī)藥采購(gòu)供應(yīng)站),高壓反應(yīng)釜(長(zhǎng)春市吉宇通用設(shè)備制造有限公司),紫外-可見分光光度計(jì)(UV-1100,北京瑞麗公司),透射電子顯微鏡(TEM,JEM-1010,日本電子公司)。1.2聚乙烯吡咯烷酮pv的制備取100mL0.001mol·L-1硝酸銀溶液,攪拌下緩慢滴加100mL0.002mol·L-1檸檬酸三鈉溶液,繼續(xù)攪拌5min,然后加入100mL2g·L-1聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶液,繼續(xù)攪拌5min,再緩慢注入0.2mL的0.01mol·L-1硼氫化鈉溶液,繼續(xù)攪拌10min,溶液由無色逐漸變成黃色。分別取45mL上述溶液液于內(nèi)襯聚四氟乙烯的高壓反應(yīng)釜中,放置烘箱中,控制不同的反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間,得到了不同顏色的納米銀溶膠,溶膠直接用于紫外—可見光譜測(cè)定和透射電子顯微鏡(TEM)取樣。2結(jié)果與討論2.1不同反應(yīng)溫度對(duì)納米銀溶膠的影響2.1.1納米銀溶液的表征納米銀溶膠的顏色與其粒徑和形貌有關(guān),粒徑和形貌不同,顏色也不同。表1列出了固定反應(yīng)時(shí)間6h,納米銀溶膠外觀顏色與反應(yīng)溫度的關(guān)系。120℃得到的納米銀水分散液呈藍(lán)灰色,靜置過夜后,會(huì)產(chǎn)生少量藍(lán)色沉淀,表明該樣品顆粒分布不均勻,可能含有不同形貌的納米銀。升高溫度后,得到的納米銀,顏色較純,水分散液澄清,表明納米銀顆粒分布較均勻,形貌單一。2.1.2納米銀的形貌特征圖1是反應(yīng)時(shí)間為6h,不同反應(yīng)溫度得到的納米銀TEM照片。圖1(a)是反應(yīng)溫度為120℃時(shí)所得納米銀的TEM照片,納米銀顆粒的形貌主要是三角形和球形,還有少數(shù)棒形、立方體、三角錐形等,球形的納米銀顆粒粒徑大小為35±20nm,三角形的納米銀顆粒邊長(zhǎng)為80±10nm,立方體的納米銀顆粒邊長(zhǎng)為90±10nm,棒形的納米銀長(zhǎng)徑約為100nm∶10nm,多種形貌共存,顆粒分布不均勻,這與外觀顏色不純,出現(xiàn)少量沉淀的結(jié)果一致。圖1(b)是反應(yīng)溫度為140℃所得納米銀的TEM照片,納米銀的形貌主要為球形,粒徑為40±15nm,還有少量三角形和錐形納米銀。圖1(c)是反應(yīng)溫度為160℃所得納米銀的TEM照片,納米銀的形貌主要是球形,粒徑為20±15nm,還有少量三角形。隨著溫度的升高,納米銀的粒徑分布變得更為均勻,呈單一的球形,表明溫度升高,反應(yīng)速率加快,成核和生長(zhǎng)速度也加快,趨向于生成球形的納米銀。2.1.3角形納米銀的表征圖2為不同反應(yīng)溫度所得納米銀的紫外-可見吸收光譜。從圖2曲線a中看出,反應(yīng)溫度120℃所得納米銀水分散液在341.2、449.5、627.5nm有3個(gè)特征吸收峰,對(duì)應(yīng)為三角形納米銀的面外四極、面內(nèi)四極和內(nèi)雙極共振吸收,表明主要形貌為三角形,而從電鏡照片中看出(圖1(a)),該樣品有多種形貌共存,但是為出現(xiàn)其他形貌納米銀的特征吸收峰,原因是棒形、立方體等形貌的納米銀含量較少,被三角形納米銀的吸收峰覆蓋。從圖2曲線b和c看出,反應(yīng)溫度140℃和160℃所得納米銀分別在418和420nm出現(xiàn)特征吸收峰,對(duì)應(yīng)為球形納米銀的特征吸收,表明反應(yīng)溫度升高后,所得納米銀的形貌為球形,這與TEM所得結(jié)果一致。2.2反應(yīng)時(shí)間對(duì)納米銀的影響2.2.1納米銀溶膠的外觀顏色與反應(yīng)時(shí)間之間的關(guān)系2.2.2納米銀在反應(yīng)時(shí)間的變化圖3為固定反應(yīng)溫度130℃,不同反應(yīng)時(shí)間所得納米銀的TEM照片。從圖中看出,該溫度下得到的納米銀主要為三角形形貌,隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng),納米銀的形貌變化不明顯。反應(yīng)時(shí)間為6h所得粒徑為60±15nm,12h為150±50nm,24h為150±20nm,隨著反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng),納米銀粒徑逐漸增加,與外觀出現(xiàn)部分沉淀一致。2.2.3納米銀主要形貌圖4不同反應(yīng)時(shí)間所得納米銀的紫外-可見吸收光譜。從圖中看出,在300-800nm之間,3個(gè)樣品均出現(xiàn)3個(gè)特征吸收峰,對(duì)應(yīng)為三角形納米銀的面外四極、面內(nèi)四極和內(nèi)雙極共振吸收,表明主要形貌為三角形,與TEM結(jié)果一致。3納米銀顆粒的形貌和粒徑本文以硼氫化鈉和檸檬酸三鈉為還原劑,聚乙烯吡咯烷酮為分散穩(wěn)定劑,水熱法制備了一系列不同形貌的納米銀(球形、棒形、三角形、立方體、錐形等)。透射電鏡分析表明,改變反應(yīng)溫度可以調(diào)控納米銀顆粒的形貌,改變反應(yīng)時(shí)間可以調(diào)控納米銀顆粒的粒徑大小?？刂品磻?yīng)溫度140℃以下,得到多種形貌共存的納米銀,140℃以上得到單一的球形納米銀;固定反應(yīng)溫度130℃,得到三角形的納米銀,延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間,形貌無明